熔鑄AZS池壁磚嚴(yán)重的內(nèi)在品質(zhì)缺陷原因分析與控制

朱苗林

（鄭州盛田電熔耐火材料有限公司 新密 450000）

0 引言

玻璃窯爐的使用壽命不僅體現(xiàn)在烤窯工藝實(shí)施方面，也體現(xiàn)在玻璃熔制工藝方面，同時體現(xiàn)在電熔磚的整體品質(zhì)方面，特別在池壁磚部分，一塊池壁磚的質(zhì)量問題就會導(dǎo)致整座窯爐運(yùn)行受到極大的影響。池壁磚最嚴(yán)重的質(zhì)量問題表現(xiàn)在磚面疤皮。池壁磚的表面疤皮反映了在澆注生產(chǎn)中，電熔磚砂型出現(xiàn)了脫砂現(xiàn)象，大量的砂粒或者砂塊進(jìn)入型腔，造成池壁磚的內(nèi)在成分發(fā)生變化，對于玻璃窯爐使用而言是一個極大的安全隱患。

1 缺陷分析

電熔磚中會形成玻璃相，在高溫下玻璃相會滲出。李篤斌等［1］匯總了SiO2、 Na2O 的總量與1500℃、1600 ℃玻璃相滲出量間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 SiO2+ Na 2O總量與玻璃相滲出量間的關(guān)系

由圖1可以看出，在1500 ℃條件下玻璃相滲出量與SiO2、 Na2O的總量之間沒有對應(yīng)關(guān)系，而在1600 ℃條件下隨著SiO2、 Na2O的總量的增加，玻璃相滲出量出現(xiàn)增加趨勢，因此可以推測只有減少AZS電熔磚中SiO2、 Na2O的總量，才能減低1600 ℃條件下的玻璃相滲出量。

由于硅是電熔磚中的限制成分，硅含量的增加就是玻璃相成分的增加，大量聚集的硅成分隱藏在電熔磚中更是玻璃窯爐運(yùn)行的安全隱患。

隨著溫度從1500 ℃升高到1600 ℃，玻璃相滲出量有了極大的升高，溫度也是玻璃相滲出量的關(guān)鍵因素之一。而為了提高玻璃熔化率，降低成本，玻璃窯爐熔融溫度普遍提高，全氧燃燒窯爐碹頂溫度甚至將近1700 ℃，在這樣的使用條件下，只有將電熔磚中SiO2、Na2O的總量降低到一定水平才能符合使用要求。

池壁磚疤皮產(chǎn)生過程示意見圖2，實(shí)例照片見圖3。

圖2 池壁磚疤皮產(chǎn)生過程示意圖

圖3 池壁磚疤皮實(shí)例

這種池壁磚疤皮現(xiàn)象至今仍然普遍存在，是玻璃企業(yè)選擇電熔磚時必須重視的一個環(huán)節(jié)，更是電熔磚生產(chǎn)企業(yè)需要引起重視的環(huán)節(jié)。這種池壁磚疤皮現(xiàn)象由兩種原因?qū)е隆?/p>

1.1 原因1

池壁磚的砂型埋在保溫箱內(nèi)，加上澆注冒口一般最低不低于1800 mm，最高能達(dá)到3000 mm。澆注時電弧爐傾斜，料液順著澆注爐嘴形成一道弧線流入砂型型腔，砂型是垂直狀態(tài)，料液是一道弧線，因此料液必然沖刷了砂型型腔的內(nèi)壁。砂型內(nèi)壁受到高溫暴力沖刷，會把砂型沖出一片凹陷的形狀，隨著料液的上升，料液會填充凹陷部分，于是形成毛坯磚上看到的疤皮，同時受沖刷掉的砂型砂粒進(jìn)入料液中，這就是局部玻璃相聚集的原因。當(dāng)窯爐達(dá)到一定的溫度時，玻璃相大量滲出，電熔磚侵蝕加快。澆注時料液沖刷砂型，砂型受損，砂子混合物進(jìn)入熔液內(nèi)，熔液占據(jù)砂型受損位置，形成疤皮，疤皮的形狀就是料液沖刷砂型內(nèi)壁的形狀。

1.2 原因2

原始的水玻璃砂型烘烤工藝步驟：在生產(chǎn)砂型時有質(zhì)量較好的面砂，也有質(zhì)量較差的有背砂，一個碾輪式攪拌罐，在攪拌罐內(nèi)加入定量的面砂和水玻璃，攪拌十分鐘后放出，堆放在一個地方，然后再混合攪拌背砂，混合后的背砂再堆放一個地方，這些拌好的砂從開始到用完可長達(dá)數(shù)小時時間，期間堆積的砂堆表面用手能感覺到有一層硬殼；制作砂板時，首先在模具中鋪一層約30 mm厚的背砂，然后再鋪一層約10 mm厚的面砂，進(jìn)行緊實(shí)，操作完成，最后進(jìn)入干燥房烘干，面砂與背砂的顆粒不同，面砂粒度是100目，背砂粒度是0～3 mm。

砂型在澆注前，立起埋在保溫箱中，高溫狀態(tài)下，隨著料液在型腔中上升，由于制作砂型前面砂和背砂堆積時間長，砂堆表層借殼，重新粘接時的結(jié)合不能充分粘接，再則澆注時的高溫使面砂快速膨脹，由此導(dǎo)致面砂在不確定的位置會鼓起一個大包，隨之掉入料液內(nèi)，料液繼續(xù)上升填充掉砂部分形成疤皮，嚴(yán)重時掉進(jìn)料液的砂會有1 kg之多，也就是聚集大量的玻璃相在一個位置，當(dāng)玻璃窯爐運(yùn)行時，在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下，大量玻璃相析出，形成安全隱患。

以上兩種疤皮產(chǎn)生過程可以用濾光鏡在澆注時清晰看到。

1.3 辨別疤皮的方法

毛坯磚很容易辨別疤皮磚，而研磨后的電熔磚辨別是否有疤皮要看電熔磚顏色，疤皮磚研磨后表面會有痕跡，呈不規(guī)則慢弧形氣孔、不規(guī)則慢腹弧形黃色，這就是疤皮痕跡。

2 控制措施

2.1 原因1控制措施

澆注時改變料液進(jìn)入型腔的軌道，讓澆注時料液的弧線進(jìn)入型腔變?yōu)榇怪边M(jìn)入型腔。改變原來爐嘴的形狀，也就改變了料液的軌道，使料液垂直進(jìn)入型腔，避免了型腔內(nèi)壁被沖刷，也就避免了池壁磚的疤皮現(xiàn)象。

2.2 原因2控制措施

原始的水玻璃砂型面砂/背砂烘烤工藝會導(dǎo)致電熔磚品質(zhì)缺陷，使用先進(jìn)的酯硬化改性水玻璃砂型工藝，此工藝的核心先進(jìn)性在于舊砂無限次重復(fù)再利用，舊砂經(jīng)過澆注過程的高溫焙燒后，硅砂的晶相發(fā)生了改變，此時的硅砂是磷石英存在形態(tài)，高溫膨脹很小，砂粒附著氧化物在高溫下?lián)]發(fā)掉，純凈度高。舊砂重復(fù)使用的砂型在澆注時其有機(jī)酯固化劑會有輕度燃燒，砂型自身產(chǎn)生溫度，對電熔磚的保溫起到了有利作用，而且焙燒砂對鑄件的外觀缺陷如氣孔/顏色/橘皮/裂紋等有很好的抑制作用，提高了鑄件品質(zhì)。

3 結(jié)語

爐嘴形狀改變后，垂直澆注控制了澆注時料液沖刷砂型型腔造成的疤皮磚，酯硬化改性水玻璃砂型工藝不僅控制了疤皮磚的出現(xiàn)，更提高了電熔磚的內(nèi)在品質(zhì)和外觀質(zhì)量，使電熔磚檔次明顯提高。