摘 要

通过利用从某厂硼硅酸盐玻璃窑炉检修时带回的各个部位的耐火材料样品，这些耐火材料在熔制玻璃的过程中经受持续三年的热负荷和机械负荷作用，对窑炉各个部位耐火材料的侵蚀情况进行分析比较，同时对不同部位耐火材料选用的合理性进行判断。利用超景深显微镜、XRD等测试手段对表面形貌、微观结构和晶相组成进行观察测试，并且根据测试结果提出了硼硅酸盐玻璃对AZS砖侵蚀的机理与行为。结果表明：各个部位耐火材料的侵蚀是由时间条件、温度条件、化学和物理侵蚀条件共同作用引起的，不同部位由于这四个条件的综合作用程度不同，因此窑炉不同部位的耐火材料所受到的侵蚀情况也不同，所以窑炉各个部位应该结合本部位的侵蚀情况合理选用耐火材料。AZS砖侵蚀机理为玻璃成分中的碱金属离子成分扩散进入耐火砖，逐渐溶解了电熔锆刚玉砖中的Al₂O₃，斜锆石由于抗侵蚀能力最强而被留下，同时由于玻璃液的流动，更加剧了这一侵蚀进程，最终导致耐火材料的破坏。

关键词：硼硅酸盐玻璃 ；耐火材料；锆刚玉；侵蚀机理

Abstract

By using brought refractory samples back when the factory borosilicate glass furnace repaired from all parts of the refractory material is subjected to three years of continuous thermal and mechanical loading in the glass melting process, the various parts of the furnace refractory erosion are analyzed and compared to the same time in different parts of refractory chosen rationality analysis, and the use of super-depth microscope, XRD and other testing methods for surface morphology, micro-structure and crystalline phase were observed to test, and the test results proposed borosilicate glass to refractory erosion mechanism and behavior.The results showed that: all parts of refractory erosion is caused by the condition of time and temperature conditions, chemical corrosion and physical erosion conditions conditions together, due to different degrees in different parts of the combined effect of these four conditions, so all parts of the furnace refractory erosion different, so all parts of the furnace should be based on rational use of refractory erosion of the site. Erosion mechanism fused AZS brick borosilicate glass composition of the alkali metal ions diffuse into the refractory material gradually dissolves corundum . Because baddeleyite’s erosion resistance is strongest left. At the same time due to the flow of molten glass, exacerbated by the erosion process, eventually leading to the destruction of refractories.

Key Words： borosilicate glass; refractories; zirconium corundum; erosion mechanism

目录

摘要 i

Abstract ii

第1章 绪论 1

1.1 硼硅酸盐玻璃性能及熔制工艺 1

1.2 耐火材料性能及制备工艺 1

1.3 耐火材料造成的玻璃缺陷 2

1.3.1 条纹 2

1.3.2 结石 2

1.3.3 气泡 3

1.4 侵蚀的条件 3

1.5 本课题的研究意义 3

第2章 玻璃窑炉结构及耐火材料选用 4

2.1 玻璃窑炉结构 4

2.2 某厂窑炉耐火材料选用情况 5

第3章 电熔锆刚玉砖侵蚀机理 7

3.1 侵蚀理论 7

3.2 侵蚀机理的研究 9

3.2.1 超景深显微镜观察 9

3.2.2 XRD物相分析 13

第4章 窑炉各部位侵蚀情况及选材合理性 16

4.1 加料口 16

4.2 胸墙 16

4.3 池壁 17

4.4 池底 18

4.4.1 熔化部池底 18

4.4.2 澄清部池底 19

4.5 窑坎 19

4.6 流液洞和主料道 21

4.7 各部位侵蚀程度比较 22

第5章 结论 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1 硼硅酸盐玻璃性能及熔制工艺

高硼硅酸盐玻璃具有比普通钠钙硅玻璃更加优秀的综合性能：化学和热学性能优秀、机械性能优良、光电学性能好、易于切削加工等等。其应用领域从医学用器皿玻璃到各类建筑用耐热玻璃；从日常生活中常用的玻璃制品到高端的特种显像玻璃；从陆地到太空均能见到它们的身影。广泛的应用领域使其具有广阔发展前景与应用市场。国外较早地开始了硼硅酸盐玻璃的应用开发，并取得不错的成果。例如德国的肖特公司，已经生产出优质的硼硅酸盐玻璃，并且在许多领域得到了应用，比如特种防火隔热玻璃、显示器玻璃、太阳能电池基板等，而且在欧洲乃至全世界占有很大的市场份额。硼硅酸盐玻璃之所以具有比普通钠钙硅玻璃更加优良的性能，程金树等人^[1]认为是由于硼硅酸盐玻璃组成中含有的碱金属和碱土金属成分，比如Na₂O、CaO等提供游离氧，使硼氧三角体结构转变为硼氧四面体，硼氧结构于是由层状转变为架状，这一结构为B₂O₃与SiO₂形成均匀一致的玻璃提供了前提条件；B₂O₃以[BO₃]或[BO₄]进入玻璃结构，当它以[BO₄]结构与[SiO₄]一起构成网络时，此时形成的网络结构紧密、整体性好，正是由于硼硅网络结合紧密，所以硼硅酸盐玻璃才具有以上优良的性能。

虽然硼硅酸盐玻璃具有如此优秀的综合性能，但是在熔制硼硅酸盐玻璃过程中具有熔化温度高、硼成分易挥发、碱含量高、澄清均化时间长、玻璃液在熔化池内易分层分相、粘度小、表面张力小等等不足，对生产工艺制度的制定和耐火砖性能提出了更高的要求。尤其是温度高、粘度小、表面张力小这三个特点对耐火材料的影响最大。李红霞等人^[2]认为粘度小和表面张力小的玻璃液容易浸润和铺展耐火材料的表面及缝隙，并从耐火材料表面的孔洞进入内部，从而造成耐火材料严重的侵蚀。同时，硼硅酸盐玻璃较高的熔制温度也会减小熔融玻璃液的粘度及其表面张力，从而加速侵蚀进程。所以，硼硅酸玻璃比普通钠钙硅玻璃的熔制条件更加苛刻。