TEMAT: Ściany basenu powyżej linii lustra szkła, sklepienie wanny szklarskiej. Charakterystyka stosowanych tam materiałów, czynniki niszczące wyłożenia ogniotrwałe, warunki pracy.
Slajd 1:
Piec wannowo-zmianowy (wanna szklarska) – rodzaj pieca do wytopu szkła składającego się z basenu, w którym znajduje się topiona masa szklana i z przestrzeni ogniowej znajdującej się ponad nim.
Slajd 2:
Na schemacie widzimy przedstawiony zakres działania temperatur. Oczywiście jest on różny dla różnego rodzaju pieców i w niektórych temperatura sięga nawet 1700 stopni Celsjusza. Takie warunki pracy a także częste zmiany temperatury wywołują naprężenia i mogą przyczynić się do powstawania mikropęknięć ułatwiających destrukcyjne niszczenie wyrobu.
Slajd 3:
piec szklarski prawidłowo ma stosunek szerokości do długości 1:4. Na jednym jej końcu podawany jest zestaw do topienia szkła, który topi się w zetknięciu z gorącym płomieniem. Ogrzewanie następuje za pomocą stalowych palników umieszczonych w bocznych ścianach tunelu (w zależności od wielkości wanny od 6-12 sztuk). Wszystkie palniki pracują bez przerwy, jest to piec o działaniu ciągłym. Zestaw po stopieniu zamienia się w masę szklaną, która wypełnia wannę i przepływa do kolejnej części wyrobowej. Wanny są wyposażone od jednej do pięciu części wyrobowych z otworami lub alternatywnie z dozownikiem. Masa szklana jest pobierana do maszynowego lub ręcznego formowania wyrobów.
Slajd 4:
Ściany basenu w starszych piecach wykonywane były jako jednowarstwowe, z bloków o grubości 200:300 mm i układanych bezpośrednio na ruszcie z belek stalowych. Pozwalało to na wytworzenie silnego spadku temperatury w wyniku przedostawania się do wewnątrz powietrza, co wpływało znacząco, korzystnie na trwałość i szczelność wyłożenia. Obecnie stosuje się wielowarstwowe wyłożenie ścian. Takie wyłożenia są korzystniejsze ponieważ zmniejsza się strata ciepła przez obmurze i wymianę z otoczeniem. Jednakże pociąga to za sobą pewne zmiany, które nie są już tak korzystne. Pogarszają się warunki termiczne i korozyjne pracy wyłożenia i takie zastosowanie w konstrukcjach stało się możliwe dopiero po pojawieniu się materiałów ogniotrwałych o wysokich własnościach odpornościowych.
Slajd 5:
Ważnym elementem instalacji wanien szklarskich jest ich wyłożenie ogniotrwałe. Można w nim wyróżnić podział na dwie części, które różnią się sposobem wykonywania oraz rodzajem stosowanych to wyłożenia materiałów ogniotrwałych. W mojej części prezentacji zajmę się częścią drugą – ogniową, którą tworzą ściany ponad lustrem szkła oraz przekrycie zazwyczaj w postaci sklepienia wanny.
Slajd 6:
Ściany basenu budowane są z cienkiej (75:120 mm) warstwy roboczej z bloków topionych, z cienkiej warstwy ochronnej z zasypki AZS, warstwy pośredniej z wyrobów wysoko glinowych albo cyrkonowych oraz z szamotowej warstwy izolacyjnej. Warstwa robocza z bloków topionych ma najczęściej grubość ok. 300 mm. Bloki układane są bez zaprawy systemem palisadowym (długość bloku -> wysokość ściany basenu). Sposób ten jest najbardziej korzystny biorąc pod uwagę wysokie ryzyko działania erozyjnego kąpieli szklanej. Dodatkową izolacją są warstwy wyrobów szamotowych i izolacyjnych. Pas tych materiałów jest najczęściej chłodzony nadmuchami powietrza, co ma na celu osłabienie najsilniejszego na tym poziomie oddziaływania korozyjnego i erozyjnego szkła.
Slajd 7:
Sklepienie wanny szklarskiej, zarówno części topliwej i wyrobowej wykonywane są z wyrobów krzemionkowych. Jest to spowodowane tym, że wyroby krzemionkowe w miarę zużycia nie zanieczyszczają kąpieli szklanej, więc są bezpieczne dla czystości masy. Niektóre elementy ścian mają wyłożenia strefowe zależnie od lokalnych warunków pracy. Na przykład rejony kieszeni zsypowej oraz wylotów głowic palnikowych wykonywane są z wyrobów wysokoglinowych lub bloków topionych. Ważnym aspektem pracy są wszechobecne wysokie temperatury i w związku z tym sklepienia i ściany przestrzeni ogniowej są także izolowane cieplnie. Do izolacji sklepienia wykorzystywane są porowate wyroby krzemionkowe albo masy oparte na włóknach ceramicznych. Ściany izolowane są najczęściej przez tzw. Płyty twarde produkowane z włókien kaolinowych.
Slajd 8:
W przemyśle szklarskim wykorzystywane są różne materiały do budowy pieców, w zależności od ich konstrukcji, strefy a także składu topionego materiału. Przykładowo, w strefie topienia i miejscach szczególnie narażonych na korozję i agresywne działanie różnych czynników stosowane są najczęściej materiały topione, o najwyższej trwałości i odporności. Są to materiały najdroższe, najczęściej sprowadzane z zagranicy, mulitowe, cyrkonowe, z kwarcu topionego i inne. W pozostałych strefach wanien szklarskich, takich jak sklepienia basenu topliwnego, ściany, bloki i płyty przestrzeni ogniowej a także w konstrukcji regeneratorów są wykorzystywane materiały wypalane.
Slajd 9:
Materiały wypalane: najczęściej są to wysokiej jakości wyroby andaluzytowe bądź mulitowe, czyli glinokrzemianowe materiały pochodzące z układu SiO2-Al2O3. Zaletą materiałów ogniotrwałych z tego układu tlenkowego jest ich niewielka rozszerzalność cieplna (poniżej 1%), dobra odporność na nagłe zmiany temperatury, niska przewodność cieplna a także dobre własności termomechaniczne.
Dodatkowo, obecność mulitu, jedynego związku w tym układzie, o wzorze tlenkowym 3Al2O3 • 2SiO2 w znacznym stopniu poprawia własności użytkowe wyrobów. Im wyższa jest jego zawartość tym mniejsza jest podatność materiału na deformacje w wysokich temperaturach, mniejsza skurczliwość wtórna, większa odporność korozyjna.
Wyroby AZS stosuje się mając na uwadze, że podczas ich korozji poprzez szkła wysokoalkaliczne powstaje na granicy kontaktu cienka warstwa szkła hamująca postęp korozji. Dzieje się tak dlatego, że rozpuszczanie się korundu i wzbogacanie kontaktowej warstwy masy szklanej w glin powoduje gwałtowny wzrost jej lepkości.
Wyroby krzemionkowe w miarę zużycia nie zanieczyszczają kąpieli szklanej, więc są bezpieczne dla czystości masy.
Slajd 10:
Czynniki niszczące:
Korozja materiałów
Pyły i popioły
Wysoka temperatura
Powstawanie naprężeń cieplnych
Erozja materiałów
Slajd 11:
Jednym z ważniejszych czynników niszczących wyłożenia wanien szklarskich jest korozja materiałów. Do najgroźniejszych należy korozja parami alkaliów (K2O i Na2O), które w wyniku reakcji z mulitem, występującym w wyrobach wysokoglinowych, powodują powstawanie kaliofilitu (KAlSiO4) i nefelinu (NaAlSiO4), co skutkuje zwiększeniem objętości prowadzącym do zniszczenia wyrobu.
Slajd 12:
Niszczenie wyrobów wysokoglinowych powodują także pyły i popioły ze spalania paliw płynnych, a w szczególności towarzyszące im domieszki V2O5 i Na2SO4. Szkodliwymi składnikami są również pary CO i CH4 pochodzące z paliwa gazowego. Pyły natomiast, osiadając na wyrobach, mogą wchodzić z nimi w reakcje, powodując tworzenie się narostów zmieniających grubość wyrobu.
Slajd 13:
Obok korozji i innych czynników wyróżnić można także erozję związaną z ruchami masy szklanej względem powierzchni wyłożenia. Ruch masy spowodowany jest prądami termicznymi na głębokości wanny, tarciem strumienia gazów spalinowych o powierzchnię lustra, mieszaniem mechanicznym i wieloma innymi czynnikami. Zjawiska te powodują erozje skorodowanej powierzchni wymurówki: usuwają warstwy kontaktowe i odsłaniają warstwy leżące głębiej.