熔铸AZS池壁砖严重的内在品质缺陷原因分析与控制

朱苗林

（郑州盛田电熔耐火材料有限公司 新密 450000）

0 引言

玻璃窑炉的使用寿命不仅体现在烤窑工艺实施方面，也体现在玻璃熔制工艺方面，同时体现在电熔砖的整体品质方面，特别在池壁砖部分，一块池壁砖的质量问题就会导致整座窑炉运行受到极大的影响。池壁砖最严重的质量问题表现在砖面疤皮。池壁砖的表面疤皮反映了在浇注生产中，电熔砖砂型出现了脱砂现象，大量的砂粒或者砂块进入型腔，造成池壁砖的内在成分发生变化，对于玻璃窑炉使用而言是一个极大的安全隐患。

1 缺陷分析

电熔砖中会形成玻璃相，在高温下玻璃相会渗出。李笃斌等［1］汇总了SiO2、 Na2O 的总量与1500℃、1600 ℃玻璃相渗出量间的关系，如图1所示。

图1 SiO2+ Na 2O总量与玻璃相渗出量间的关系

由图1可以看出，在1500 ℃条件下玻璃相渗出量与SiO2、 Na2O的总量之间没有对应关系，而在1600 ℃条件下随着SiO2、 Na2O的总量的增加，玻璃相渗出量出现增加趋势，因此可以推测只有减少AZS电熔砖中SiO2、 Na2O的总量，才能减低1600 ℃条件下的玻璃相渗出量。

由于硅是电熔砖中的限制成分，硅含量的增加就是玻璃相成分的增加，大量聚集的硅成分隐藏在电熔砖中更是玻璃窑炉运行的安全隐患。

随着温度从1500 ℃升高到1600 ℃，玻璃相渗出量有了极大的升高，温度也是玻璃相渗出量的关键因素之一。而为了提高玻璃熔化率，降低成本，玻璃窑炉熔融温度普遍提高，全氧燃烧窑炉碹顶温度甚至将近1700 ℃，在这样的使用条件下，只有将电熔砖中SiO2、Na2O的总量降低到一定水平才能符合使用要求。

池壁砖疤皮产生过程示意见图2，实例照片见图3。

图2 池壁砖疤皮产生过程示意图

图3 池壁砖疤皮实例

这种池壁砖疤皮现象至今仍然普遍存在，是玻璃企业选择电熔砖时必须重视的一个环节，更是电熔砖生产企业需要引起重视的环节。这种池壁砖疤皮现象由两种原因导致。

1.1 原因1

池壁砖的砂型埋在保温箱内，加上浇注冒口一般最低不低于1800 mm，最高能达到3000 mm。浇注时电弧炉倾斜，料液顺着浇注炉嘴形成一道弧线流入砂型型腔，砂型是垂直状态，料液是一道弧线，因此料液必然冲刷了砂型型腔的内壁。砂型内壁受到高温暴力冲刷，会把砂型冲出一片凹陷的形状，随着料液的上升，料液会填充凹陷部分，于是形成毛坯砖上看到的疤皮，同时受冲刷掉的砂型砂粒进入料液中，这就是局部玻璃相聚集的原因。当窑炉达到一定的温度时，玻璃相大量渗出，电熔砖侵蚀加快。浇注时料液冲刷砂型，砂型受损，砂子混合物进入熔液内，熔液占据砂型受损位置，形成疤皮，疤皮的形状就是料液冲刷砂型内壁的形状。

1.2 原因2

原始的水玻璃砂型烘烤工艺步骤：在生产砂型时有质量较好的面砂，也有质量较差的有背砂，一个碾轮式搅拌罐，在搅拌罐内加入定量的面砂和水玻璃，搅拌十分钟后放出，堆放在一个地方，然后再混合搅拌背砂，混合后的背砂再堆放一个地方，这些拌好的砂从开始到用完可长达数小时时间，期间堆积的砂堆表面用手能感觉到有一层硬壳；制作砂板时，首先在模具中铺一层约30 mm厚的背砂，然后再铺一层约10 mm厚的面砂，进行紧实，操作完成，最后进入干燥房烘干，面砂与背砂的颗粒不同，面砂粒度是100目，背砂粒度是0～3 mm。

砂型在浇注前，立起埋在保温箱中，高温状态下，随着料液在型腔中上升，由于制作砂型前面砂和背砂堆积时间长，砂堆表层借壳，重新粘接时的结合不能充分粘接，再则浇注时的高温使面砂快速膨胀，由此导致面砂在不确定的位置会鼓起一个大包，随之掉入料液内，料液继续上升填充掉砂部分形成疤皮，严重时掉进料液的砂会有1 kg之多，也就是聚集大量的玻璃相在一个位置，当玻璃窑炉运行时，在适当的温度条件下，大量玻璃相析出，形成安全隐患。

以上两种疤皮产生过程可以用滤光镜在浇注时清晰看到。

1.3 辨别疤皮的方法

毛坯砖很容易辨别疤皮砖，而研磨后的电熔砖辨别是否有疤皮要看电熔砖颜色，疤皮砖研磨后表面会有痕迹，呈不规则慢弧形气孔、不规则慢腹弧形黄色，这就是疤皮痕迹。

2 控制措施

2.1 原因1控制措施

浇注时改变料液进入型腔的轨道，让浇注时料液的弧线进入型腔变为垂直进入型腔。改变原来炉嘴的形状，也就改变了料液的轨道，使料液垂直进入型腔，避免了型腔内壁被冲刷，也就避免了池壁砖的疤皮现象。

2.2 原因2控制措施

原始的水玻璃砂型面砂/背砂烘烤工艺会导致电熔砖品质缺陷，使用先进的酯硬化改性水玻璃砂型工艺，此工艺的核心先进性在于旧砂无限次重复再利用，旧砂经过浇注过程的高温焙烧后，硅砂的晶相发生了改变，此时的硅砂是磷石英存在形态，高温膨胀很小，砂粒附着氧化物在高温下挥发掉，纯净度高。旧砂重复使用的砂型在浇注时其有机酯固化剂会有轻度燃烧，砂型自身产生温度，对电熔砖的保温起到了有利作用，而且焙烧砂对铸件的外观缺陷如气孔/颜色/橘皮/裂纹等有很好的抑制作用，提高了铸件品质。

3 结语

炉嘴形状改变后，垂直浇注控制了浇注时料液冲刷砂型型腔造成的疤皮砖，酯硬化改性水玻璃砂型工艺不仅控制了疤皮砖的出现，更提高了电熔砖的内在品质和外观质量，使电熔砖档次明显提高。