玻璃窑炉梯度保温层表面变色问题与应对策略.docx

相对于传统窑炉保温技术采用涂抹硅酸盐保温涂料而言，玻璃窑炉梯度保温技术是一种新型窑炉保温技术，它具有导热系数低、耐温性能好、高温收缩率低以及保温节能效果明显等优点。目前窑炉梯度保温技术已在国内外多座玻璃窑炉上得到应用。采用窑炉梯度保温技术在施工过程中或施工结束后不久，现场的工程技术人员经常发现熔窑蓄热室墙面和熔窑本体墙面的白色纤维保温层表面逐渐会出现不均匀的褐斑或黑斑，出现变色的部位主要是楼面上的蓄热室墙面。这些问题的出现极大影响窑炉梯度保温工程的整体美观程度。因此，工程技术人员需要在保证玻璃窑炉整体保温效果的基础上，解决保温层表面变色问题，并且窑炉梯度保温工程保温效果好、整体形象美观。1保温层表面变色问题窑炉墙体保温层表面出现变色现象有多方面原因：(1)窑内部分高温烟气通过膨胀缝逸出，在保温层表面形成长条状黑斑首先，玻璃窑炉在设计和施工过程中，为了防止砌筑窑炉中使用的耐火材料从常温状态到正常生产后的高温状态产生热胀而给窑炉带来不可逆的损伤，窑炉设计人员和施工人员会根据各种耐火材料的膨胀特性在窑炉砌体当中预留一些大小不一的热膨胀缝。窑炉墙体中的胀缝在烤窑、窑炉保温结束后有可能不会完全闭合。此外烤窑过程中耐火砖由于热胀将外侧保温砖向外挤，导致保温砖间产生缝隙，即使后期使用密封泥料填塞也不能将所有缝隙完全密封，窑内的少部分高温烟气还是会从缝隙处逸出。蓄热室端墙保温砖在烤窑过程中受到内部耐火砖的热胀向外挤压而产生明显的缝隙。而玻璃熔窑主要以天然气和重油为主要燃料，产生的烟气中含有SO2、NoX以及多种酸性气体、不完全燃烧产物、粉尘等。由于纤维保温材料内部是类似于鸟巢结构的多孔性材料，烟气逸出过程中在墙面上的保温材料中扩散，部分粉尘、不完全燃烧物会吸附在保温材料中，保温材料因此由内向外逐渐出现黑斑直至保温层表面，如图1所示。由黑斑区域取样进行X射线能谱分析其中的元素含量，样图1保温施工后蓄热室端墙表1黑斑变色区域样品中各元素含量元素质量分数/%原子百分比/%O56.6069.74Na2221.90Al1.070.78Si33.5323.53S6584.04总量1001由于陶瓷纤维中只含有Si、Al、O元素，结合表1的元素分析结果，说明陶瓷纤维喷涂层变色区域中的S元素来自于烟气。(2)保温材料中的有机黏结剂在高温下发生褐变反应，导致保温层表面呈现黄褐色。窑炉墙体保温材料主要是陶瓷纤维板和陶瓷纤维棉，在施工过程中，根据热工模拟推算不同窑炉保温层的温度变化情况，将适合此温度段的陶瓷纤维板依次贴在墙体上，然后在陶瓷纤维板表面进行陶瓷纤维喷涂施工一体成型。而陶瓷纤维板在制备成型过程中通常会加入一些有机黏结剂，用于增加板材在常温状态下的整体强度。墙面保温施工过程中，包裹在陶瓷纤维棉内部的陶瓷纤维板的表面温度不断升高，陶瓷纤维板内的有机黏结剂在高温高湿条件下由于发生褐变反应使陶瓷纤维板逐渐呈黑褐色，黑褐色物质伴随着水分向外迁移导致保温层由内向外逐渐出现褐斑。图2为蓄热室墙面在纤维喷涂前后保温层表面的变化情况。(a)纤维喷涂中保温层表面变化(b)纤维喷涂完成保温层表面变化图2施工过程中蓄热室墙面保温层表面颜色变化从图2(a)看出，蓄热室上部墙面纤维喷涂过程中下侧的纤维板表面颜色已经由淡黄色转变为黑褐色，这是由于被纤维喷涂层覆盖的纤维板表面温度不断升高，纤维板中的有机物在高温高湿条件下发生褐变反应，褐变产物随水分向下迁移。从图2(b)看出当纤维喷涂完成后，在原先纤维板变色部位的保温层表面逐渐出现黄褐色。(3)喷涂纤维过程所需黏结剂中含少量有机药剂，导致保温层表面出现大面积深黑色斑无机陶瓷纤维棉喷涂配制黏结剂使用的水源多数来自于工厂内的循环水，而业主为了减缓循环水管中的结垢、腐蚀等问题，常在循环水中加入一些有机药剂用于阻垢缓蚀。此外，循环水中还含有黑褐色污泥、细菌，水的颜色偏黑褐色。在纤维喷涂施工过程中，纤维喷涂层内部和表面由于有机物的褐变反应和黑色污泥的作用下，逐渐出现大面积深黑色斑在其表面。图3为使用循环水配制黏结剂进行施工完成的墙面颜色。通过对比可以看出含污程度会对喷涂后的保温层表面颜色产生影响。因循环水相较于绿化用水中的有机杂质更多，其历经高温高湿环境后引起的外墙表面颜色明显偏深。图3使用循环水施工后的蓄热室保温层表面(4)熔窑内部烟气从观火口逸出并迁移，在观火口正上方的保温层出现黑斑熔窑蓄热室观火口上方保温层变色一般发生在此处保温施工结束后。由于生产人员需要定期打开观火口观察熔窑内部熔化情况，熔窑内部的烟气从观火口逸出，并沿着观火口上方墙面的保温层向上迁移。在烟气中的不完全燃烧物和粉尘附着在保温层表面的长期作用下，观火口上方的保温层逐渐呈现出团状黑斑，如图4所示。图4保温施工结束后一段时间的蓄热室观火口上方2保温层变色应对策略(1)在窑炉保温施工开始之前，首先现场技术人员应对窑炉进行全面勘察，对于烤窑结束后墙面上没有完全胀实且宽度超过10mm的胀缝应使用错英石质密封料进行填塞，对于宽度在10mm以下的胀缝使用错英石质耐火泥浆进行填灌，防止窑炉内部烟气从胀缝处逸出。(2)选择使用不含有机黏结剂的无机陶瓷纤维板。(3)在已经干透的纤维保温层表面涂抹一层厚度1020mm的密封型保温涂料，在保温层表面形成一个密封性保护层，防止熔窑内部的烟气和褐变反应产物向表面迁移。(4)尽量使用厂区内部的自来水来配制无机纤维喷涂的黏结剂。(5)使用镀锌铁皮制作成与蓄热室观火口相当宽带的长方形状，将长方形的铁皮使用钾钉连接或者点焊在保温层外侧的保护性拦铁上，保护观火口上方的保温层不受高温烟气影响而变色。以上应对策略在现场应用后，熔窑保温层表面美观程度有了较大的改善，施工后的熔窑墙体表面如图5和图6所示。图5蓄热室墙面保温层图6熔窑胸墙保温层3结语玻璃窑炉梯度保温技术对于降低熔窑能耗效果显著，施工后的保温层受熔窑高温烟气和材料本身性能的影响，导致梯度保温层在烤窑后表面产生变色，影响梯度保温工程的美观形象。通过分析熔窑不同部位变色原因，制定相应的应对策略，可以有效改善保温层表面变色情况。