|
|
Служба огнеупоров бассейна стекловаренной печиПроцесс разъедания огнеупора стекломассой (коррозия) состоит в том, что компоненты стеклорасплава химически взаимодействуют с компонентами огнеупора, образуя более легкоплавкие соединения. Одновременно идет процесс растворения компонентов огнеупора. Рассмотрим основные факторы, влияющие на срок службы огнеупоров бассейна стекловаренной печи. Химическая активность стекломассы по отношению к огнеупорам определяется в первую очередь реакционной способностью компонентов стекольного расплава и огнеупора. Например, стекломасса с повышенным содержанием щелочных оксидов особенно сильно разъедает огнеупоры, содержащие кислые компоненты (кремнезем). К такой стекломассе наиболее устойчивы высокоглиноземистые огнеупоры и огнеупоры, содержащие ZrO2. При варке борсодержащего стекла соединения бора являются плавнями для высокоглиноземистых соединений. В данном случае устойчивы цирконий- и хромсодержащие огнеупоры. Отвод продуктов реакций из зоны взаимодействия на поверхности раздела расплав–огнеупор определяет скорость коррозии. В отсутствии конвективных потоков контактный слой насыщается твердыми или высоковязкими продуктами реакций. Это ведет к уменьшению скорости разрушения. Чем выше химическая (коррозионная) стойкость компонентов огнеупора и чем больше возрастает вязкость контактного слоя расплава на границе огнеупор–стекломасса, тем медленнее коррозия. Большое значение в этом процессе имеет конвекция стекломассы, активность которой определяется градиентом температур по длине, ширине и глубине варочного бассейна. Соответственно наибольшие разрушения происходят в случае активных конвективных потоков, например коррозия дна при бурлении стекломассы, коррозия огнеупоров протоков, в которых стекломасса движется с высокой скоростью. Интенсивность всех реакций взаимодействия компонентов стекломассы и огнеупоров определяется температурой стекломассы. В пламенных и электрических стекловаренных печах распределение температур по глубине стекломассы различается, а профиль коррозии практически зеркально повторяет профиль температур стекломассы (рис.3). Повышение температуры варки стекла возможно при использовании огнеупоров высокой стеклоустойчивости.
Большое значение имеет структура огнеупора. Большинство огнеупорных материалов состоит из одной или нескольких кристаллических фаз, связанных стеклофазой. При коррозии огнеупора растворяется в первую очередь стеклофаза. Поэтому наиболее устойчивыми являются огнеупоры, практически не содержащие стеклофазу. Важное значение имеет также пористость материала: чем меньше пористость, тем выше стойкость к расплавам. Соответственно огнеупоры, получаемые по керамической технологии, с пористостью до 30% не могут конкурировать с электроплавлеными огнеупорами (пористость 0,5–3%). Скорость коррозии зависит также от размера и формы пор. Стойкость пористого огнеупора, особенно с сообщающимися порами, на порядок ниже, чем плотного. Скорость коррозионного процесса зависит также от вязкости расплава и смачиваемости огнеупора расплавом. Для стеклоустойчивости важно, чтобы смачиваемость была минимальной, для чего поверхностное натяжение расплава должно быть высоким. Это закономерно и в отношении вязкости – высокая вязкость стеклорасплава или растворенных продуктов коррозии снижают ее скорость. Вязкость снижается с ростом содержания в стекле щелочных компонентов, оксида бора, сульфатов. Исследованиями механизма коррозии плавленолитых огнеупоров установлено существенное снижение их стойкости по мере уменьшения в составе стекла щелочных компонентов. Агрессивны бесщелочные расплавы, содержащие повышенное количество BaO, CaO. Это связано с тем, что коррозионная стойкость огнеупоров определяется степенью воздействия продуктов коррозии на вязкость расплава на границе раздела стекло–огнеупор. Величина градиента вязкости между исходным расплавом и формирующимся граничным слоем является одним из основных факторов, определяющих скорость коррозии огнеупора силикатным расплавом. Характерный износ огнеупоров бассейна связан с вертикальной ячеистой коррозией. Стеклорасплав насыщен растворенными в нем газами или веществами, способными выделять дополнительное количество газов (оксиды переменной валентности, расплавы сульфатов, карбонатов). При растворении огнеупоров в расплаве нарушается физико-химическое равновесие, что является причиной выделения газообразной фазы с образованием пузырей у поверхности раздела. Вращение пузырей при их движении вверх-вниз усиливает конвекцию расплава и соответственно скорость коррозии. Одной из наиболее характерных особенностей процесса взаимодействия огнеупора с расплавом в газопламенных печах является эффект максимальной коррозии материала на уровне зеркала стекломассы, на границе раздела трех фаз – твердой, жидкой и газообразной. Значительную роль при этом играет более высокая температура стекломассы. Схема коррозии приведена на рис.4.
Вследствие снижения концентрации щелочных компонентов и увеличения концентрации А12О3 поверхностное натяжение расплава в образующихся слоях увеличивается, что способствует их подъему выше уровня стекломассы. Коррозия огнеупора на уровне зеркала стекломассы определяет в большинстве случаев длительность кампании стекловаренной печи. Участок стены на уровне зеркала стекломассы выполняют из наиболее стеклоустойчивых огнеупоров. Пороки стекломассы, связанные с коррозией огнеупоров – камни (нерасплавившиеся кусочки огнеупоров), свили, газовые включения. Процесс коррозии неизбежен, поэтому при выборе огнеупоров значение имеет не только коррозионная устойчивость, но и возможность возникновения тех или иных пороков. 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
Рис.3. Профили коррозии стеновых брусьев и распределение температур по глубине варочного бассейна:
а – пламенная печь; б – электрическая печь
Миграция щелочных компонентов в огнеупор из расплава способствует образованию слоя стекломассы, обедненного щелочными компонентами, и реакционного слоя продуктов взаимодействия.