玻璃窑大碹密封料选择错误引起的玻璃缺陷问题

大碹作为玻璃熔窑的重要部位，它与胸墙和前脸墙组成的火焰空间可以吸收燃料燃烧释放的热量再辐射到玻璃的液面上。在设计时既要保证大碹结构的稳定性以延长使用寿命，又要减少热量的散失提高节能效果。硅砖由于容重轻、机械强度高、生产成本低，一般作为玻璃熔窑大碹的首选材料。因此，大型玻璃熔窑大碹结构的耐火材料设计构成如图1所示，接触火焰空间部分采用优质硅砖，符合硅砖GB/T2608-2012标准规定，荷重软化温度不低于1680℃、耐火度不低于1710℃。在硅砖上面铺一层50mm厚与之相配套的硅质密封泥料，硅质密封料要求SiO2质量分数不低于96%，荷重软化温度不低于1650℃、耐火度不低于1710℃。密封泥上面采用轻质硅砖铺设保温层，以达到隔热节能效果。轻质硅砖要求SiO2质量分数不低于92%，荷重软化温度不低于1620℃、耐火度不低于1700℃。以上3层为冷态砌筑，烤窑后再在最外面热态铺设保温涂料，保温涂料的耐火度要求可稍低。

显然中间硅质密封料的要求较高，如果使用不恰当的密封料，会带来严重的后果。某公司一条浮法玻璃熔窑运行仅仅半年多，就出现了问题。

玻璃缺陷分析

某浮法玻璃熔窑运行半年多，由于冷却循环水水质出现问题，导致鼓泡器多数烧坏漏水，不得已将鼓泡器全部撤出，随之3#、4#小炉对应大碹温度上升将近20℃，玻璃中出现大量缺陷，每10m2大约6～10个，位置不固定，边部稍多。针对玻璃中出现的缺陷，进行了取样分析，外观如图2所示，缺陷均为透明的疙瘩(即为疖瘤)，带变形尺寸约在0.5～5mm之间。

图1 玻璃熔窑大碹结构及耐火材料

图2 带有缺陷的玻璃样品

采用江南光学仪器厂的BM 2100 P0L型偏光显微镜，对玻璃缺陷进行进一步的观察，如图3所示。疖瘤缺陷内部、周围没有未熔物和析晶体，但疖瘤两头均拉出长的玻筋。说明此缺陷经过了高温，可能来自熔窑的上部空间。

基于TESCAN公司的MIRA 3型电子扫描显微镜，采用Thermo公司的9806A-3UUS-SN型能谱仪，对疖瘤进行成分分析。共分析15个样品，成分基本一致，结果如图4和表1所示。

图4 电子扫描显微镜分析(左:SEM图，右:能谱图)

表1 玻璃缺陷的化学成分(质量分数)/%

表1中pt1～pt3为玻璃疖瘤缺陷位置的成分，pt4为正常玻璃位置的成分。对比分析结果，疖瘤成分中的Al2O3、TiO2、Fe2O3偏高，应该为不定型耐火材料。

玻璃缺陷的来源分析

从以上分析结果初步判断，玻璃疖瘤缺陷可能来源于熔窑上部空间，即碹顶耐火材料。因此将4#小炉对应位置的碹顶保温层打开进行检查，结果保温层打开后发现密封泥料没有了，扒开5#小炉对应位置的碹顶保温层，查看结果是，发现密封料由碹边向内逐渐变薄，直至消失。对存留的密封泥料取样分析，化学成分见表2中硅质密封料1#样的成分，显然与设计硅质密封料2#(选材取样)的成分相差甚远。

表2 实际使用和设计的硅质密封料成分(质量分数)/%

由表2可知，实际使用的碹顶密封料主要成分为CaO、Al2O3和SiO2，参照图5CaO-Al2O3-SiO2系统相图，该组分的低共熔点如图中所标在1300℃以下。该玻璃熔窑内部大碹热面温度为1580～1590℃，经计算碹砖与密封泥料之间的界面温度为1301.69～1310.16℃，高于所用密封料的低共熔点。特别是在鼓泡器停用后碹顶温度的进一步升高，使密封料熔融，沿着大碹砖的胀缝、砌筑缝下流，滴落进入玻璃中。

图5 CaO－Al2O3 －SiO2 系统相图

分析出原因后，工艺上进行了调整:减少前区热负荷，加到5#、6#，加强均化;热点降低温度30℃。采取这个措施后，缺陷很快减少，逐渐趋于正常。

在缺陷解决后，由于没有及时处理错误的密封料问题，在熔窑又运行几个月后，大碹出现透火。用高温内窥镜对大碹进行检查，已经出现了鼠洞，见图6。这是因为，熔融的密封料下流形成了更大的缝隙，熔窑气体(主要为碱蒸气)沿着缝隙上升并在温度相对较低处冷凝沉积，在Na2O的参与下，和硅砖反应形成低共熔物;到达密封料位置的，和密封料、大碹硅砖及轻质保温砖反应，加剧对耐火材料的侵蚀。

图6 高温摄像仪拍摄大碹内部的鼠洞

因此该玻璃熔窑不能再带着错误的密封泥料运行，逐段将外保温打开更换密封料，从根本上解决了问题。

结 论

由于玻璃熔窑大碹硅砖和轻质保温砖之间的密封泥料使用错误，在熔窑运行中形成了熔点低于碹顶温度的低共熔物，在造成玻璃疖瘤缺陷的同时，加剧了对碹顶硅砖的侵蚀，短短时间就使大碹出现了鼠洞，这给玻璃熔窑的砌筑工程师敲响了警钟。