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玻璃行业工艺对玻璃窑硅砖提出的新要求

文章出处:未知 作者:玻璃窑用硅砖 人气: 时间:2019-07-08 08:58 【
国玻璃工业的发展

1.1概况

 

1.1  概况 - - -

 

平板玻璃自20世纪问世以来,有诸多的生产方法:有槽法、无槽法、平拉法、对辊法和格拉威伯尔法。我国玻璃工业的生产技术发展经历了垂直上拉、平拉、浮法、大型浮法等阶段,其中先后淘汰了小平拉、小压延、四机以下的垂直引上等。 1981年在洛阳建成的第一条工业化浮法生产试验线标志着具有中国特色的浮法生产技术的开始,并被命名为“中国洛阳浮法”,使中国成为世界上唯一没有购买皮尔金顿公司专利技术使用权而自行发明浮法工艺技术的国家。中国浮法工艺成为与英国皮尔金顿浮法工艺、美国PPG浮法工艺齐名的世界公认三大浮法之一。1985年9月投产的洛阳浮法二线,窑熔化能力扩大到400t/d,实现了我国浮法玻璃技术从小到大的突破,工艺水平和装备水平得到了改进和完善,玻璃质量也大幅度提高。10多年来,中国一直是世界平板玻璃第一生产大国,生产的平板玻璃已占世界平板玻璃总产量的30%。中国的浮法玻璃生产技术经历30多年的发展,从无到有,从小到大,从低到高,从少到多,至2008年底,总产量达5.3亿重量箱,占世界总产量的48%,我国平板玻璃产量已连续占居世界首位。浮法技术主导了平板玻璃的发展,2007年浮法玻璃产量已占平板玻璃总产量的83%以上。

浮法玻璃工艺技术发展水平及普及程度已成为衡量一个国家平板玻璃工业水平高低的重要标志之一。中国浮法玻璃生产技术的发展和提高为世人瞩目,但是,中国浮法玻璃的质量和品种,浮法玻璃生产线的效率与能耗,以及对环境的污染等诸多方面,与国际先进水平相比,还有不小差距。目前,我国玻璃工业的发展和方向主要在玻璃工艺技术的革新、玻璃新品种的革新、玻璃窑炉技术的革新、燃料的革新、生产装备的自动化和智能化等几个方面。主要有以下内容:

①玻璃窑炉的熔化技术正在逐步由大型浮法技术向全氧燃烧技术发展,玻璃熔窑的全氧燃烧就是将传统的空气一燃料燃烧系统改为氧气一燃料燃烧系统;

②改进石油焦等低廉的燃料替代重油和煤等燃料给玻璃工业生产带来的影响;

③开发新品种玻璃、低能耗玻璃和快速澄清技术等;

④利用计算机模拟技术改进窑炉设计,借助信息技术实现生产过程智能控制等。

 

 

日用玻璃行业当前的外部发展环境较好。经济危机过后的2009年上半年日用玻璃行业规模以上企业累计实现工业总产值476.2亿元,同比增长17%,月工业总产值环比逐月提升,6月份又有大幅提高,其运行轨迹不仅与金融危机前大致相同,而且 6月份实现了新的突破,发展势头强劲,说明日用玻璃行业已经率先走出了金融危机的阴影。今年以来,医药业、酒制造业、饮料食品业、化妆品业在拉动内需的政策措施的推动下,表现都比较抢眼,酒制造业、饮料业、化妆品业工业总产值同比分别增长了17.2%、22.8%和6%,玻璃包装市场需求增加,为日用玻璃行业发展提供了较大的发展空间。同时,煤等原材料价格下调,对改善企业经营状况有一定的帮助。

同时,日用玻璃行业又面临严峻的竞争,主要表现在:

①新技术、新材料不断涌现,日用玻璃传统产品市场受到冲击,不锈钢真空器皿产品的兴起,将蚕食传统的保温瓶市场,其产品以自重轻、防爆裂、抗挤压等优点受到消费者的青睐。金属包装、新型塑料包装也在向玻璃包装挑战,替代了部分传统的玻璃包装市场。

②下游的集团化企业将产业链向上游延伸,投资兴办玻璃包装企业,打乱了原有的市场布局,这些企业一般都具有规模大、技术装备新的特点,又有投资企业的包装需求作保证,表现出很大扩张性。

 

1.2 玻璃工艺进步所提出的要求 - - -

循环经济是一种以资源的高效利用和循环利用为核心,以“减量化、再利用、资源化”为原则,以低消耗、低排放、高效率为基本特征,符合可持续发展理念的经济增长模式,是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革。 对于目前我国的玻璃行业,实现3R标准还有很多的路要走。为了满足节能减排、低碳经济和结构调整的要求,目前玻璃行业存在以下3方面需要革新和改进的内容:

(1)改进玻璃生产工艺。工艺过程贯穿于生产的全过程,包括配合料制备、熔化、成形、加工、退火和冷端。需要解决的关键技术有:①热态检测产品质量,提高玻璃液均匀性和一致性的技术;②溶窑快速换料,生产不同玻璃成份和不同产品的技术;③熔窑全氧燃烧,在现场生产低成本的纯氧技术;④改进玻璃的冷却过程,提高热玻璃制品的淬冷效率;⑤改进加工和处理技术,提高产品品质和附加值。

(2)开发和利用新型材料。开发和应用新材料包括很多方面,如:①应用耐高温和抗侵蚀、寿命在10年以上的搅拌器、窑内传感器和摄像机罩材料;②开发热态玻璃接触的材料,如不使玻璃表面产生缺陷的自润滑的辊材;③开发如喷枪、鼓泡器和搅拌机所用贵金属的替代材料;④开发玻璃生产中回收余热的材料。

(3) 开发生产过程智能控制系统,提高自动化水平。主要有:①开发可快速获得结果的工艺过程参数模型;②建立独立的咨询系统,熔窑操作人员可以其咨询意见进行人工调节;③建立模拟脑神经元网络控制系统,此网络控制系统能综合和分析众多的过程状态,自动调节各个参数,使生产过程趋向最佳化。

1.3玻璃工艺进步的方向

 

1.3  玻璃工艺进步的方向 - - -

玻璃工业的进步要求出现新的工艺制备技术和方法。新的玻璃制造工艺的标志应是大幅度地降低能耗,较大地改变现有的玻璃生产技术。进步的方向主要表现在:①使用非传统的熔化技术,计算机模拟可设计出效率更高、寿命更长、质量更好的玻璃熔窑;②开发熔融能耗低的玻璃新品种;③开发实时动力学摸型,玻璃生产过程将实现智能控制; ④应用非传统的澄清技术,缩短玻璃液澄清所需的时间;⑤大力研究和推广全氧燃烧的技术。

 

璃窑用硅砖的现状

 

2.1  玻璃窑用硅砖 - - -

生产玻璃的窑炉种类、大小、构造的不同,对耐火材料的性能和使用要求也不尽相同。玻璃行业尤其是浮法玻璃窑炉使用的定型耐火材料主要有熔铸耐火材料、硅砖和镁质耐火材料3大类。硅砖是玻璃窑用耐火材料的传统产品,是指SiO2含量≥93%的耐火制品。硅砖是以SiO2含量≥96%的硅石为原料,加人矿化剂和结合剂,经混炼、成型、干燥、烧成等工序制得。硅石原料中SiO2含量越高,制品的耐火度越高。硅砖属于酸性耐火材料,具有很强的抗酸侵蚀能力,硅砖具有较高的荷重软化温度,较低的密度和价格便宜等特点。广泛应用于焦炉的炭化室、燃烧室和隔墙、玻璃池窑和窑顶,池墙、热风炉的高温承重部位、炭素焙烧炉等热工设备。

玻璃池窑用硅砖主要用于熔窑大碹和部分火焰空间,硅砖的质量关系到熔窑的正常运转与寿命。 硅砖自问世至今经历了三代的发展。第一代硅砖就是传统的普通硅砖,第二代是高级硅砖,相对普通硅砖而言,它具备“三高三低”的特点。“三高” 是指高纯度(SiO2含量>96%),高荷重软化温度(>1685℃),高鳞石英、方石英含量(高鳞石英和方石英含量>90%); “三低”是指低杂质含量 (Al2O3+2R2O≤0.5%),低真密度(≤2.34g/cm3),低残余石英(≤3%)。第三代是第二代砖的改进型砖,CaO的含量由原来的2%~3%降低到1%以下,碱金属氧化物含量比0.5%进一步降低、FeO含量在0.2%以下,显气孔率由第二代的20%~22%降到 16%~18%。

我国硅砖生产技术相对成熟,但产品质量不一,随着玻璃窑全氧燃烧技术的发展和推广,使用的硅砖趋向要求更低显气孔率,更低的熔融指数,同时为减少在玻璃熔窑中使用时产生的鼠洞,要求制备的材料具有更少的结构缺陷和膨胀节间的火泥密实黏接。

 

2.2  我国硅砖的 技术水平 - - -

国内硅砖的研究始于1954年,但直到上个世纪70代末期,硅砖的研究与生产水平还比较低,主要表现在生产的产品质量差,合格率低。后来宝钢一期工程全套引进日本的钢铁生产技术与装备,焦炉硅砖随之引进。国内研究人员对日本硅砖进行了剖析、消化吸收后,于20世纪末期在山西西小坪硅砖厂和河南洛阳耐火厂规模生产出了鳞石英为 60%~70% (西小坪硅砖厂的鳞石英可达70%),残余石英<1%的焦炉用硅砖。而在其它耐火材料生产单位尤其是南方的生产单位,生产的硅砖鳞石英相仍然很低(仅45%),而残余石英相较高(达3%),主要是因为对硅砖用优质硅质原料和工艺的研究不够,其生产技术掌握不透,而且各地的硅石原料差异很大,物理、化学和岩石学特性各有不同。因此,需对具体的硅石原料进行工艺研究,以制定合理的生产工艺流程才能生产出优质硅砖。

 

2.3  存在的问题 - - -

硅砖是一种廉价的耐火材料,但也是对碱侵蚀最敏感的材料。硅砖能够满足常规玻璃窑砌筑一般碹顶的要求,但在全氧窑中使用寿命从5~10年锐减为2~3年,成为窑炉中的最薄弱环节,“鼠洞”或 “向上钻蚀”为主要破坏形式。随着玻璃熔窑的替代燃料的使用和全氧燃烧技术的推广,硅砖要承受的使用环境更加恶劣,因此很多研究者希望在侵蚀较为温和的部位,能够使用进一步改进的硅砖。而在侵蚀严重的部位必须找替换硅砖的材料,如熔铸氧化铝系列耐火材料和AZS系熔铸耐火材料及尖晶石砖等。

另外,我国的耐火材料工艺已有相当水平,但装备正成为制约耐火材料发展的瓶颈。很多企业已认识到没有现代化的设备,就没有优异的产品和稳定的质量,在耐火材料产业链的高端就没有位置。 硅砖企业的环境保护仍是需要重视的问题,尤其是尘肺病控制等。

 

2.4 玻璃熔窑技术进步对硅砖提出了新的要求 - - -

玻璃熔窑大碹硅砖由于长期处在高温负荷下工作,这就导致大碹不同厚度上的软化程度不同,因此,熔窑大碹用硅砖应选用高质量的硅砖很重要。 硅砖具有耐火度高、荷重软化温度高、受侵蚀后不易污染玻璃等优良性能,因此,国内外玻璃窑碹顶一般均选用硅砖。研究结果表明:常规玻璃窑碹顶用硅砖在高温作用下的蚀变过程基本上是相变和杂质迁移,化学侵蚀和溶解作用极其轻微,特别是高温区,没有什么化学侵蚀。相变和自净化的结果,使工作带逐渐改变了自身的性能,其高温性能得到提高。因此,优质硅砖能完全满足熔化温度提高和碹顶保温的需要,是传统玻璃窑碹顶用最理想的耐火材料。

 

 

但是,随着玻璃质量的提高,玻璃生产工艺的改善,玻璃熔窑的大型化,特别是全氧燃烧工艺的发展,窑内NaOH蒸汽的浓度大增,侵蚀速度明显加快,常规硅砖已不能满足玻璃工业发展的需求。通过对玻璃窑用碹顶硅砖损毁机理的研究,不仅对整个玻璃窑用硅砖的损毁机理有了进一步理解,更为玻璃窑用低钙高密度硅砖的研制提供了依据,从而找出制砖工艺中存在的问题,优化出适合玻璃熔窑用的低钙高密度硅砖生产工艺,研制生产出满足我国玻璃工业发展迫切需要新型高档硅质耐火材料,这一问题亟待解决。

 

璃窑用硅砖的发展趋势

 

3.1 新工艺要求对硅质材料持续改进 - - -

第三代优质硅砖,也是目前建材行业叫的特优硅砖。根据不同用途其品种和性能也有所不同,如焦炉硅砖主要用于砌筑焦炉的蓄热室墙、斜道、燃烧室、炭化室和炉顶等。由于在使用过程中需要承受上部砌体和设备的静负荷、推装煤的摩擦力以及受热膨胀产生的应力,要求焦炉硅砖具有荷重软化度高、热导率高、热震性好以及高温体积稳定性好。

现代玻璃熔窑对硅砖的要求:

(①具有较强的抗侵蚀性能,特别是抗碱胜气体及配合飞料、 油烟中SO3和NOX气体的侵蚀作用;②高温力学性能要好,玻璃熔池内的高温气体温度可达1615 ℃以上,碹顶承受重力、机械应力和高温负荷,要求具有良好的高温强度;③高温体积稳定性好;④砌筑质量要求高,灰缝均衡,整体性好)

根据以上要求设计制备的玻璃窑碹顶用优质硅砖应具有以下几个方面的良好性能:

①高纯致密,SiO2的含量大于96%,熔剂指数 (Al2O3+2R2O)小于0.5%,FeO含量小于0.5%,体积密度较大,应大于1.9g/cm3,气孔率小于20%;②荷重软化温度高,0.2 MPa的荷重条件下,应在1690℃以上;③重烧线变化率低,1500℃×2h的条件下小于0.2%;④抗高温蠕变性能好,1550℃:×5h的条件下应小于0.8%;⑤常温耐压强度大于65 MPa;⑥方石英含量大于50%,鳞石英含量在40%~50%之间,残余石英含量小于1%,硅酸盐玻璃相小于3%;⑦ 真密度小于2.34 g/cm3。

大型玻璃窑、全氧燃烧玻璃窑需用高纯度、抗蠕变、抗侵蚀的硅质耐火材料。“十一五”期间,瑞泰科技解决了硅质耐火材料的工艺优化问题,成功制造了低CaO含量、低Fe2O3含量和低气孔率的特优硅质耐火材料。这类材料具有良好的抗蠕变、抗侵蚀能力,特别适合作大跨度玻璃窑、全氧燃烧玻璃窑的衬料。“十二五”期间,应建设专业化生产线,将这技术转化为生产力。

 

3.2  引进技术、消化吸收 - - -

近几年,我国在中外合作生产硅砖方面取得了很大的成功。过去,我国硅砖的残余石英量一般都在1 %以上,而现在出口硅砖的残余石英量已降到 1%以下,有的甚至趋近于零,达到世界先进水平。如湖南冷水江耐火材料总厂的LJ-I高级硅砖是80年代中期引进美国先进技术制造的,经过10多年的不断消化吸收和改进,已形成规模产量,并逐步取代进口产品,该产品以其优良的技术性能,能使玻璃熔窑的使用寿命由过去的2~4年延长至5~8年,并具有保温蓄热、节能降耗的显著特点,其理化指标经检测已达到美国Vage产品水平。瑞泰科技所承担的国家“十一五”科技支撑项目“全氧燃烧玻璃熔窑用高档硅质耐火材料的研究”已经通过验收,其研究和生产的低CaO含量、低Fe2O3含量和低气孔率的特优硅质耐火材料达到国际一流和国内领先的水平。

 

为了满足节能减排、低碳经济和结构调整的要求,玻璃行业必须进行工艺创新,玻璃熔窑用硅砖必须具有高纯度、低蠕变和高抗侵蚀性能,才能满足新的工艺技术要求。

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