Сделай Сам Свою Работу на 5

Служба огнеупоров бассейна стекловаренной печи

Процесс 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.



  Рис.3. Профили коррозии стеновых брусьев и распределение температур по глубине варочного бассейна: а – пламенная печь; б – электрическая печь  

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.

  Рис.4. Коррозия стенового бруса на уровне зеркала стекломассы: а – начальный период; б – отрыв капли стекла; 1 – стекломасса; 2 – реакционный контактный слой; 3 – стекло, обогащенное продуктами коррозии; 4 – огнеупор

Миграция щелочных компонентов в огнеупор из расплава способствует образованию слоя стекломассы, обедненного щелочными компо­нентами, и реакционного слоя продуктов взаимодействия.

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.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.