电子级玻纤池窑用耐火材料耐火砖
目前，我国玻纤工业已完全打破了国外对池窑拉丝成套技术的垄断，实现了有中国特色的自主知识产权的池窑拉丝成套技术与装备国产化的总体战略目标，池窑拉丝工艺已成为我国玻纤工业的主导技术，是我国玻纤工业发展的强大动力。2006年，池窑拉丝产量已占全国玻纤总产量的76.78%，预计2007年，将可达到85%左右，创历史最高记录。
池窑拉丝工艺相对于拉丝工艺而言，具有产量大、成本低、质量好、自动化程度高及节约能源等一系列优异特性。池窑拉丝工艺，不仅能满足生产增强性玻璃纤维产品的要求，还能满足生产普通纺织性玻璃纤维产品的要求，尤其是能满足生产高档电子级玻璃纤维产品的特殊工艺要求。
电子级玻璃纤维在拉丝过程中，对玻璃熔制质量要求很高，它要求玻璃液中基本上没有肉眼可见的微气泡，接近准光学玻璃的质量。而池窑拉丝采用的单元窑正是熔制优质玻璃的唯一合理的窑型结构。
单元窑具有狭长窑型，其长宽比一般都在3.5：1左右。玻璃液从配合料熔化、澄清到均化所经历的时间，是其它窑型的2-3倍。单元窑还在熔化部配置了多对小流量重油燃烧器，很容易控制窑炉的纵向温度分布。它可以根据玻璃熔化及澄清的工艺要求，分段进行调节。这是其它窑型的池窑无法实现的。
另外，单元窑普遍采用金属换热器预热助燃空气，不需要换火操作，而且窑温、窑压、玻璃液面都采用自动控制。投料机采用变频调速电机连续自动投料。因此，单元窑的生料覆盖区、熔化区、澄清区及窑炉内各温度控制点的热工参数，都是所有窑型中最稳定可靠的。正因为单元窑具有上述一系列优异特性，所以，它已成为国内外玻纤行业普遍采用的窑型结构。
据悉，国外生产纺织性玻璃纤维的单元窑，其运转寿命为8-10年，生产增强性玻璃纤维的单元窑，其运转寿命可达10-12年。
影响单元窑运转寿命的主要因素是窑炉设计中对耐火砖材的正确选择;窑炉砌筑中的合理砌筑技术;烤窑时采用的升温速率与时间及生产运行中对窑炉热工参数的最佳确定与完善的维护保养技术。
现将以上几点主要因素分别详述于下：
一、耐火砖材的选择
单元窑是池窑拉丝生产厂家的“心脏”，其选用耐火砖材质量的好坏，对提高玻璃纤维产品质量、增加产量、节约燃料、降低成本及延长窑炉运转寿命，起着非常关键的作用。
耐火砖材在窑炉内长时间受到高温、温度急剧变化及火焰、粉料、玻璃液的物理化学侵蚀与机械冲刷作用，缓慢剥落入玻璃液内，以致给玻璃液带来气泡、波筋及耐火材料结石等各种弊病，使拉丝生产发生困难。
当耐火砖材被侵蚀剥落到一定程度时，单元窑就无法维持正常拉丝作业，必须立即停窑进行冷修。为此，从玻璃熔化质量、拉丝产量及窑炉的运转寿命等项要求来看，单元窑的耐火砖材必须具有足够的耐高温性能，耐温度急变性能及抵抗玻璃液、炉内气氛、火焰及粉料侵蚀与冲刷的性能，对玻璃液基本上没有污染或污染极小、透气性低、热损失小及高温下必要的结构强度等性能。
鉴于单元窑在不同的结构部位有不同的热工要求，故在单元窑的设计中，对窑体的不同部位要选用不同的耐火砖材，以满足生产工艺要术并降低窑炉造价。
单元窑各结构部位选用的主要耐火砖材如下：
1.1 致密氧化铬砖据国外专题报道，致密氧化铬砖具有最佳抗高温E玻璃液侵蚀性能，尤其可贵的是，其被侵蚀物剥落基本上对玻璃液不造成污染。所以，已成为E玻璃单元窑的主要耐火砖材。
据称，这种致密氧化铬砖采用等静压法成型。它是将矿石磨成微粉，再采用喷射干燥法，进行均化处理后制成的。微粉中不含任何有机的或其它粘结组分，然后将均化料装入一个特制的橡胶膜袋，排出空气后扎紧，再装入压力容器，并用液压泵泵入压力缸。由此产生的压力可达200MPa，并且各个方向相等，故称为等静压法。用这种新工艺制成的坯料，其致密度非常高，并且很均匀，即使没有焙烧，也没有任何粘结剂，却已坚硬到可以进行切割、钻孔或进行其它机械加工的程度。
这种致密氧化铬砖含Cr2 03 96%，Ti02 4%，容重为4.5 g/cm3，显气孔率10%，常温耐压强度300N/mm2，荷重软化点1700TaC，耐火度42SK，可逆热膨胀率在1000度条件下为0.75%，导热系数在1200度条件下为3.55w/m.k电阻率在1500度条件下 为56欧.cm，其最高使用温度可达1800度。
由于致密氧化铬砖具有上述优异物化性能，故在单元窑中常用于与高温玻璃液接触部位，如熔化部池壁、池底及主通路(包括澄清部与过渡通)池壁，还有主通路池底的爬坡砖(流料槽)及废气入口通道等部位。
这种致密氧化铬砖的常用牌号有：美国C0RHART耐火材料公司生产的C-1215C-1215z、CR-100等。德国VGT-DYKO工业耐火材料公司生产的CR95-wa及日本品川耐火材料株式会社生产的UC-PC-95等等。
1.2 致密氧化锆砖致密氧化锆砖的抗高温E玻璃液侵蚀性能略低于致密氧化铬砖。
该砖的化学成份为Zr02 65%，Si02 34%，容重为4.25g/cm3，显气孔率2%，常温耐压强度100N/mm2，荷重软化点1700TaC，耐火度40SK，可逆热膨胀率在1000度条件下为0.50%，导热系数在1200度条件下为3.6w/mk，其最高使用温度为1700度。
致密氧化锆砖在单元窑中常用作与低温玻璃液接触部位及致密氧化铬砖的背衬砖，如熔化部池底砖、投料口上方两侧的间隙砖、澄清部池底砖、主通路池壁的背衬砖及作业通路池底砖等。
致密氧化锆砖的常用牌号有：美国CORHART耐火材料公司生产的ZS-1300ZS-1500、ZS-83、ZS-78等。德国VGT-DYKO工业耐火材料公司生产的ZS65wa，日本品川耐火材料株式会社生产的UC-Z、UC-CZ、UC-CZB，以及我国广州岭南耐火材料有限公司生产的HDZS 、DZS等。
此外，德国VGT-DYKO工业耐火材料公司还研制开发了一种新型粗粒结构致密氧化锆砖。普通致密氧化锆砖的基本原料，采用粒度约0.5mm的天然锆砂，而粗粒结构致密氧化锆砖则需加入一定比例的粒度约5mm的粗粒锆砂。这种粒度的天然锆砂是没有的，该公司采用等静压和烧结的方法，专门生产这种粗粒锆砂。加入一定比例的这种粗粒锆砂后，大大改善了砖材内部的组织结构，进而显著提高了砖材的耐急冷急热性能和抗玻璃液侵蚀性能。
该砖的化学成分、荷重软化点、耐火度及最高使用温度，均与致密氧化锆砖相同，但其体积密度(容重)为3.75g/cm3，显气孔率为17%，可逆热膨胀率在1000度条件下为0.45%，导热系数在1200度条件下为2.39w/m.k。由于该砖有极佳的抗热震性能，故可广泛应用于单元窑上部结构及拉丝漏板托砖。该砖的牌号为ZS65ak。
1.3 标准锆砖该砖的化学组成为Zr02 66.2%，Al203 0.1%，Si02 33.1%， Fe203 0.1%。其容重为3.73g/cm3，显气孔率为17.6%，冷态液压强度为850kg/cm3，在1000度条件下的热膨胀率为0.48%，在2kg/cm2条件下的荷重软化温度大于1650度。
该砖主要用作致密氧化锆砖的背衬砖、火焰空间的观察孔砖、投料口墙碹砖、碹脚砖，主通路、支通路的火焰空间包括顶盖砖及烧嘴砖，还有烧嘴砖与莫来石砖的过渡砖及窑炉两侧的间隙砖等。
日本品川耐火材料株式会社生产的该砖牌号为ZBK-L。
烧结莫来石砖该砖的化学组成为Al203大于74%，Si02 22.2%，其容重大于2.5g/cm3，显气孔率小于18%，耐火度大于37SK，耐压强度大于700kg/cm2，在2kg/cm2条件下的荷重软化温度大于1650度，在1000度条件下的热膨胀率小于0.6%。
该砖的主要用途是标准锆砖的背衬砖、窑炉的墙、前端墙(即与主通路之间的隔墙)、通路烟道内衬砖、大碹的碹脚及放料口外层砖、换热器入口烟道的外墙砖与废气通路砖等。
此外，熔融莫来石砖还可用作窑炉大碹、胸墙及挡料砖等。
烧结莫来石砖的常用牌号有：日本品川耐火材料株式会社生产的03A4，德国VGT-DYKO工业耐火材料公司生产的MU75AF。
1.5 电熔锆刚玉砖该砖的化学组成为： ZrO2 34%，Al2O3 49.2%，SiO2 15.9%。其容重为3.85g/cm3，显气孔率为0.45%，冷态耐压强度为3000kg/cm3热膨胀率为0.2%。该砖的主要用途是熔化部烧嘴砖及投料口砖。日本东芝株式会社生产的该砖牌号为S-3。
1.6 电熔铬刚玉砖。该砖的化学组成为：Cr203 28.3%，Al203 58.3%，Mg0 6%，Fe2035.2%。其容重为3.4g/cm3，显气孔率4.3%，冷态耐压强度为2000Kg/cm3，热膨胀率为0.17%。该砖的主要用途是换热器入口处的烟道砖。日本东芝株式会社生产的该砖牌号为K-3。
1.7 耐火粘土砖。该砖的化学组成为：Si02 52%，Al203 44%，Fe203 1.2%。其容重为2.15g/cm2，显气孔率19%，耐压强度为500kg/cm2，在1000度的条件下，其热膨胀率为0.5%，在2kg/cm2条件下的荷重软化点为1420度。该砖在单元窑砌筑中，主要用作致密氧化锆砖的背衬砖。日本大阪株式会社生产的耐火粘土系列砖的牌号有：NEOTEX-34，NEOTEX-32， NEOTEX-30及NEOTEX-PX-30等。
1.8 耐火保温砖。E玻璃单元窑，要求有极佳的绝热保温层，以提高其热效率。为此，常用低气孔率粘土砖、普通粘土砖、粘土质保温砖、氧化铝与高铝类泡沫保温砖及硬质硅钙板作致密锆砖、标准锆砖及莫来石砖、耐火粘土砖的外层保温材料。此类耐火保温材料，国内生产均能满足单元窑的使用要术。
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