玻璃熔爐蓄熱室Checker阻塞之探討

玻璃熔爐蓄熱室Checker阻塞之探討
　　由於生料中SiO2和CaO對上層checker的撞擊，停駐於鎂磚上的SiO2，形成矽酸鹽：如Forsterite(2MgO．SiO2)和Monticellite(CaO．MgO．SiO2)。此生成的新矽酸鹽，其緻密結構會造成抗熱震性降低；另此，磚材結構會因此結晶之形成而被受破壞。（“矽酸鹽的爆裂“）
　　因Reg.上層的低鐵鎂磚，通常於高溫下長期使用，且其吸收外來之氧化物，如：NiO、V2O5等，使方鎂石(氧化鎂)密集生成於鎂磚上。此方鎂石的結晶，會使耐火磚材增加緻密程度，而由於溫度梯度的關係，對Checker邊緣的影響尤較磚內嚴重；此現象會使磚表面產生裂紋，因而加速外來氧化物的吸收，在長期使用的狀況下，將導致耐火磚材毀壞。在以燃油為熱能來源之窯爐中，不同濃度的燃油裡皆含有氧化釩（約150　ppm以上），當溫度高於1350℃時，V2O5與含CaO的矽酸鹽會產生反應，所形成的鈣-釩鍵結，將使耐火磚表面形成Monticellite(CaO．MgO．SiO2)(蓄熱室上層牆壁使用含CaO的矽磚亦同)，招致侵蝕損害。
　　　因為含有鉻鐵礦的耐火磚，在氧化氣氛中會使含有FeO及Cr2O3之磚材，轉變成較緊實之Fe2O3之鉻鐵礦，而在還原氣氛中會形成尖晶石結構(XY2O4)＝(FeO．Cr2O3)造成體積的擴大；故在氧化還原氣氛連續來回交替的情況下，會造成耐火磚物性之損害
　　　Reg.上層的襯裡、Checker，建議使用低鐵鎂磚而不用鎂鉻磚，原因同上所述；RUBINAL　VS等級的磚滿足下面兩項需求：1.為耐高熱強鍵結之磚材、2.為燒結磚其具較高耐熱點；因具較大的方鎂石晶體，故有較高的耐熱強度。
註1：RUBINAL　VS　SPEC.
Bulk　Density=2.99　g/cm3　　　　　　　　　　　　　　　　　App.Porosity=15%
Cold　Crushing　Strength　=60　N/mm2　　　　　　　　　SiO2＝0.5　%
MgO＝97.7　%　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fe2O3＝0.6%
資料來源DIDIER所附規格
註2：C2S：MgO=95~98%
　　機械磨損通常發生在溫度超過1300℃時，其損傷程度將主要取決於二氧化矽之總量。在廢氣溫度介於1100~1300℃通常沒有使用年限之問題。推薦以DIDIER的RUBINAL　EN(低鐵鎂質之方鎂石鍵結磚)。
註3：RUBINAL　EN　SPEC.
Bulk　Density=3.00　g/cm3　　　　　　　　　　　　　　　　　App.Porosity=14%
Cold　Crushing　Strength　=80　N/mm2　　　　　　　　　SiO2＝3.8　%
MgO＝94.0　%　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fe2O3＝0.2%
資料來源DIDIER所附規格
　　若操窯爐燃燒控制得宜，使廢氣不會處於還原氣氛狀態下，當在廢氣溫低於1250℃時；較經濟的方法為使用含鐵之Checker，DIDIER建議使用溫度使用範圍為1100~1250℃之RUBINAL　MT。
註4：RUBINAL　MTG　SPEC.
Bulk　Density=2.98　g/cm3　　　　　　　　　　　　　　　　　App.Porosity＝15%
Cold　Crushing　Strength　=80　N/mm2　　　　　　　　　SiO2＝3.6%
MgO＝91.5　%　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fe2O3＝3%
資料來源DIDIER所附規格
　　以瓦斯或燃油燃燒之窯爐，此一溫度範圍時，硫酸鹽將會開始冷凝，checker將嚴重受到SO3和Na2O的侵蝕，尤以磚材成分之CaO和MgO對侵蝕受損最為嚴重，因SO3與之反應會形成硫酸鈣或硫酸鎂，將會破壞磚材結構。
註5：SO2、SO3與MgO之反應
S+O2àSO3(1000℃以下)　，　SO3+MgOàMgSO4
S+O2àSO2(1000℃以上)　，　SO2+MgOà無反應
　　如果操窯狀況穩定，DIDIER建議使用添加尖晶石結構(XY2O4)之鎂磚(FORISTAL　G　EXTRA)。而在抗熱震需求較高的情況下，建議採用低鐵磚，如RUBINAL　EN在Reg.　Checker之使用上已有許多良好紀錄；但細微部分偶有出現SO3侵蝕方鎂石的情況。
註6：FORISTAL　G　EXTRA　SPEC.
Bulk　Density=2.75　g/cm3　　　　　　　　　　　　　　　App.Porosity＝18%
Cold　Crushing　Strength　=43　N/mm2　　　　　　　SiO2＝34%
MgO＝52.0　%　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Fe2O3＝6.5%　　　　　資料來源DIDIER所附規格
　　為此，將部份方鎂石以Forsterite(2MgO．SiO2)替代之，在RUBINAL　EF的結構中，方鎂石在Forsterite的包覆中受到保護，得到相當程度之抗腐蝕性能
說明：
　　福建廠之Reg.使用之Checker磚材，上層為鎂磚MgO：97%、中層為鎂磚MgO：95﹪、90﹪、下層為Fireclay　brick：SK34；據該廠長表示該次崩裂點為鎂磚與粘土質磚交接處。
3預防方法：
A.就中層鎂磚而言：依據斷裂處及DIDIER文獻中3.1項所述：
『廢氣溫度在範圍800℃至1100℃時，硫酸鹽將會開始冷凝，checker將嚴重受到SO3和Na2O的侵蝕，尤以磚材成分之CaO和MgO對侵蝕受損最為嚴重，因SO3與之反應會形成硫酸鈣或硫酸鎂，將會破壞磚材結構。另一個原因是在此溫度範圍內，當窯爐極劇改變熔解速率或熱洗checker時，將使熱衝擊較大易摧毀checker結構，Forsterite　(2MgO．SiO2)之鎂磚在承受此一壓力時將會崩裂。　　　　　　　　　　　　　　　　　』
　　而福建廠所使用為95﹪、90﹪之鎂磚，當溫度高於1000℃時，SO2與MgO不產生反應；當Reg.阻塞時，該區溫度將下降使SO3與MgO反應生成硫酸鎂而破壞結構，造成熱洗時之熱衝擊使Reg.　Checker崩毀。
2S+3O2à2SO3　(1000℃以下)，SO3+MgOàMgSO4
S+O2àSO2　(1000℃以上)，SO2+MgOà無反應
　　故建議使用與上海廠中層材質相同之鎂鋯磚；其特性與材質如上文獻中(RUBINAL　EN)所述。
B.就下層之Fireclay　brick而言：
『Fireclay　Brick(主要成分Al2O3及SiO2)
Al2O3+(Na2O，Na2SO4)à無反應(1000℃以下)
Al2O3+(Na2O，Na2SO4)àNephelin(1000℃以上)　　　Nephelin：Na2O．Al2O3．SiO2
　　黏土磚其耐火度雖然高達1700℃，但荷重軟化溫度只有1300℃左右，為黏土磚之最大缺點；因此在高溫使用時不能承重、不能受壓，當其受到大量R2O侵蝕時，其軟化溫度還要進一步下降到1050℃左右。』
　　故建議熱洗時溫度應控制於1000℃以下