玻璃窯爐梯度保溫層表面變色問題與應對策略

相對于傳統(tǒng)窯爐保溫技術采用涂抹硅酸鹽保溫涂料而言，玻璃窯爐梯度保溫技術是一種新型窯爐保溫技術，它具有導熱系數(shù)低、耐溫性能好、高溫收縮率低以及保溫節(jié)能效果明顯等優(yōu)點。目前窯爐梯度保溫技術已在國內外多座玻璃窯爐上得到應用。采用窯爐梯度保溫技術在施工過程中或施工結束后不久，現(xiàn)場的工程技術人員經常發(fā)現(xiàn)熔窯蓄熱室墻面和熔窯本體墻面的白色纖維保溫層表面逐漸會出現(xiàn)不均勻的褐斑或黑斑，出現(xiàn)變色的部位主要是樓面上的蓄熱室墻面。這些問題的出現(xiàn)極大影響窯爐梯度保溫工程的整體美觀程度。因此，工程技術人員需要在保證玻璃窯爐整體保溫效果的基礎上，解決保溫層表面變色問題，并且窯爐梯度保溫工程保溫效果好、整體形象美觀。1保溫層表面變色問題窯爐墻體保溫層表面出現(xiàn)變色現(xiàn)象有多方面原因：（1）窯內部分高溫煙氣通過膨脹縫逸出，在保溫層表面形成長條狀黑斑首先，玻璃窯爐在設計和施工過程中，為了防止砌筑窯爐中使用的耐火材料從常溫狀態(tài)到正常生產后的高溫狀態(tài)產生熱脹而給窯爐帶來不可逆的損傷，窯爐設計人員和施工人員會根據各種耐火材料的膨脹特性在窯爐砌體當中預留一些大小不一的熱膨脹縫。窯爐墻體中的脹縫在烤窯、窯爐保溫結束后有可能不會完全閉合。此外烤窯過程中耐火磚由于熱脹將外側保溫磚向外擠，導致保溫磚間產生縫隙，即使后期使用密封泥料填塞也不能將所有縫隙完全密封，窯內的少部分高溫煙氣還是會從縫隙處逸出。蓄熱室端墻保溫磚在烤窯過程中受到內部耐火磚的熱脹向外擠壓而產生明顯的縫隙。而玻璃熔窯主要以天然氣和重油為主要燃料，產生的煙氣中含有SO2、NOx以及多種酸性氣體、不完全燃燒產物、粉塵等。由于纖維保溫材料內部是類似于鳥巢結構的多孔性材料，煙氣逸出過程中在墻面上的保溫材料中擴散，部分粉塵、不完全燃燒物會吸附在保溫材料中，保溫材料因此由內向外逐漸出現(xiàn)黑斑直至保溫層表面，如圖1所示。由黑斑區(qū)域取樣進行X射線能譜分析其中的元素含量，樣品中各元素含量見表1。圖1保溫施工后蓄熱室端墻表1黑斑變色區(qū)域樣品中各元素含量由于陶瓷纖維中只含有Si、Al、O元素，結合表1的元素分析結果，說明陶瓷纖維噴涂層變色區(qū)域中的S元素來自于煙氣。（2）保溫材料中的有機黏結劑在高溫下發(fā)生褐變反應，導致保溫層表面呈現(xiàn)黃褐色。窯爐墻體保溫材料主要是陶瓷纖維板和陶瓷纖維棉，在施工過程中，根據熱工模擬推算不同窯爐保溫層的溫度變化情況，將適合此溫度段的陶瓷纖維板依次貼在墻體上，然后在陶瓷纖維板表面進行陶瓷纖維噴涂施工一體成型。而陶瓷纖維板在制備成型過程中通常會加入一些有機黏結劑，用于增加板材在常溫狀態(tài)下的整體強度。墻面保溫施工過程中，包裹在陶瓷纖維棉內部的陶瓷纖維板的表面溫度不斷升高，陶瓷纖維板內的有機黏結劑在高溫高濕條件下由于發(fā)生褐變反應使陶瓷纖維板逐漸呈黑褐色，黑褐色物質伴隨著水分向外遷移導致保溫層由內向外逐漸出現(xiàn)褐斑。圖2為蓄熱室墻面在纖維噴涂前后保溫層表面的變化情況。圖2施工過程中蓄熱室墻面保溫層表面顏色變化從圖2（a）看出，蓄熱室上部墻面纖維噴涂過程中下側的纖維板表面顏色已經由淡黃色轉變?yōu)楹诤稚?，這是由于被纖維噴涂層覆蓋的纖維板表面溫度不斷升高，纖維板中的有機物在高溫高濕條件下發(fā)生褐變反應，褐變產物隨水分向下遷移。從圖2（b）看出當纖維噴涂完成后，在原先纖維板變色部位的保溫層表面逐漸出現(xiàn)黃褐色。（3）噴涂纖維過程所需黏結劑中含少量有機藥劑，導致保溫層表面出現(xiàn)大面積深黑色斑無機陶瓷纖維棉噴涂配制黏結劑使用的水源多數(shù)來自于工廠內的循環(huán)水，而業(yè)主為了減緩循環(huán)水管中的結垢、腐蝕等問題，常在循環(huán)水中加入一些有機藥劑用于阻垢緩蝕。此外，循環(huán)水中還含有黑褐色污泥、細菌，水的顏色偏黑褐色。在纖維噴涂施工過程中，纖維噴涂層內部和表面由于有機物的褐變反應和黑色污泥的作用下，逐漸出現(xiàn)大面積深黑色斑在其表面。圖3為使用循環(huán)水配制黏結劑進行施工完成的墻面顏色。通過對比可以看出含污程度會對噴涂后的保溫層表面顏色產生影響。因循環(huán)水相較于綠化用水中的有機雜質更多，其歷經高溫高濕環(huán)境后引起的外墻表面顏色明顯偏深。圖3使用循環(huán)水施工后的蓄熱室保溫層表面（4）熔窯內部煙氣從觀火口逸出并遷移，在觀火口正上方的保溫層出現(xiàn)黑斑熔窯蓄熱室觀火口上方保溫層變色一般發(fā)生在此處保溫施工結束后。由于生產人員需要定期打開觀火口觀察熔窯內部熔化情況，熔窯內部的煙氣從觀火口逸出，并沿著觀火口上方墻面的保溫層向上遷移。在煙氣中的不完全燃燒物和粉塵附著在保溫層表面的長期作用下，觀火口上方的保溫層逐漸呈現(xiàn)出團狀黑斑，如圖4所示。圖4保溫施工結束后一段時間的蓄熱室觀火口上方2保溫層變色應對策略（1）在窯爐保溫施工開始之前，首先現(xiàn)場技術人員應對窯爐進行全面勘察，對于烤窯結束后墻面上沒有完全脹實且寬度超過10mm的脹縫應使用鋯英石質密封料進行填塞，對于寬度在10mm以下的脹縫使用鋯英石質耐火泥漿進行填灌，防止窯爐內部煙氣從脹縫處逸出。（2）選擇使用不含有機黏結劑的無機陶瓷纖維板。（3）在已經干透的纖維保溫層表面涂抹一層厚度10～20mm的密封型保溫涂料，在保溫層表面形成一個密封性保護層，防止熔窯內部的煙氣和褐變反應產物向表面遷移。（4）盡量使用廠區(qū)內部的自來水來配制無機纖維噴涂的黏結劑。（5）使用鍍鋅鐵皮制作成與蓄熱室觀火口相當寬帶的長方形狀，將長方形的鐵皮使用鉚釘連接或者點焊在保溫層外側的保護性攔鐵上，保護觀火口上方的保溫層不受高溫煙氣影響而變色。以上應對策略在現(xiàn)場應用后，熔窯保溫層表面美觀程度有了較大的改善，施工后的熔窯墻體表面如圖5和圖6所示。圖5蓄熱室墻面保溫層圖6熔窯胸墻保溫層3結