1. Temperatura i warunki środowiskowe regeneratora
Po ustaleniu całkowitej wysokości H korpusu rusztu oraz temperatur górnej i dolnej t1 i t0 w konstrukcji regeneratora i parametrów pracy, temperaturę spalin ti na dowolnym poziomie można oszacować według następującego wzoru, który może być wykorzystany jako jedna z podstaw doboru materiałów ogniotrwałych.
W związku z tym dobór materiałów ogniotrwałych do regeneratora powinien spełniać następujące warunki:
(1) Zmiany cyklu temperaturowego;
(2) Efekt utleniania/redukcji;
(3) Erozja powodowana przez muchy stałe;
(4) Wpływ lotnych substancji i kondensatu.
W przypadku materiałów ogniotrwałych, z których wykonany jest korpus siatki, konieczne jest także zapewnienie dobrego współczynnika wymiany ciepła, aby spełnić wymagania dotyczące sprawności cieplnej korpusu siatki.
2. Rozsądny dobór materiałów ogniotrwałych
1. Górna warstwa korpusu siatki
Spadek temperatury na metr w regeneratorze wynosi zazwyczaj 80-100 stopnia, a najwyższa temperatura na górze kratownicy osiąga 1380-1400 stopnia. W górnej warstwie kratownicy przy temperaturze powyżej 1300 stopni zaleca się stosowanie bezpośrednio wiązanego, wysoko czystegocegły magnezjowe. Ta cegła jest wypalana w wysokiej temperaturze (1780-1800 stopnia) z piaskiem o wysokiej czystości. Zawartość CaO, SiO2 i Fe2O3 jest niska, a peryklaz jest bezpośrednio związany. Trudno jest fazie gazowej i fazie ciekłej przedostać się do cegły. Korpus cegły ma wysoką odporność na korozję i może zmniejszyć zjawisko zatykania powierzchniowego proszku wiążącego.
Ponieważ SiO2 w materiale latającym będzie stopniowo wnikać w pęknięcia korpusu cegły i zmieniać stosunek CaO/SiO2 części matrycy, powstanie niskotopliwa faza diopsyd CMS2, skapolit magnezowy C2MS2, forsteryt M2S i rodonit magnezowy C3MS2, co spowoduje duży efekt objętościowy. Kryształy peryklitu mogą również stopniowo rosnąć pod wpływem pary alkalicznej, powodując pękanie, łamanie i łuszczenie się korpusu cegły, skracając tym samym jego żywotność.
W atmosferze redukującej, nie będącej słabą substancją, wanadan wapnia znajduje się w fazie ciekłej, która wnika w cegłę, wspomagając wzrost kryształów peryklazu, a także powodując deformację bryły cegły.
2. Środkowa warstwa kratownicy
Temperatura środkowej warstwy kratownicy wynosi około 800-1100 stopnia, a materiały ogniotrwałe magnezytowo-chromowe, forsterytowe i magnezytowo-glinowe mogą być wybrane. Materiały magnezytowo-glinowe mają dużą odporność na erozję siarczanową, ale są drogie. Ten rodzaj materiału ogniotrwałego nie był jeszcze szeroko stosowany w Chinach. Temperatura użytkowania cegieł forsterytowych nie powinna przekraczać 1050 stopni, a są one stosowane w strefie niskiej temperatury środkowej warstwy.
W środkowej warstwie kratownicy występuje zjawisko powtarzalnego skraplania i krzepnięcia siarczanu. Jest to spowodowane resztkowym katalizatorem pękania łańcucha węglowego V2O5 w ciężkim oleju, który zamienia SO2 w spalinach w SO3 i stopniowo koroduje materiały ogniotrwałe kratownicy. Jego ekspansja krzepnięcia może powodować odpowiednie uszkodzenia kruchości naprężeniowej w strukturze cegły.
Powyżej 1000 stopni siarczan reaguje z MgSO4, tworząc NaxMg(yS2O2)2, a intensywność reakcji wzrasta wraz ze wzrostem stosunku Na2O/SO3. Aby poprawić odporność na korozję cegieł magnezytowo-chromowych, należy zwiększyć zawartość Cr2O3 tak bardzo, jak to możliwe, a stopień bezpośredniego wiązania fazy mineralnej powinien zostać zwiększony, tak aby spinele chromowe otaczały cząstki peryklazu, co może wydłużyć jego żywotność.
3. Dolna warstwa kratownicy i inne części
Temperatura dolnej warstwy kratownicy jest niższa niż 800 stopni, a korozja chemiczna jest słaba, ale całkowita waga kratownicy regeneratora wynosi co najmniej 40-50t, a jednostkowe obciążenie dolnej warstwy kratownicy wynosi aż 8-10t/m2. Ponadto istnieje potrzeba użycia metody płomieniowej do stopienia i oczyszczenia kratownicy. Dlatego też zaleca się stosowanie wysokiej jakości cegieł glinianych o niskiej porowatości, o dużej odporności na pełzanie i dobrej odporności na szok termiczny. Aby zapobiec reakcji kontaktowej między cegłami alkalicznymi a cegłami glinianymi, cegły o wysokiej zawartości tlenku glinu można stosować jako warstwę przejściową między środkową a dolną warstwą kratownicy.
Inne części regeneratora obejmują górną część korony, ściany boczne i koronę rusztu, gdzie materiały ogniotrwałe są stosunkowo słabe pod względem erozji. Ogólnie rzecz biorąc, górna część łuku regeneratora jest wykonana z wysokiej jakości cegieł krzemionkowych, a ściany boczne są podzielone na trzy części. Ściana regeneratora w górnej przestrzeni korpusu kratownicy jest wykonana z wysokiej jakości cegieł krzemionkowych, a ściana docelowa może być również wykonana z bezpośrednio łączonych cegieł magnezytowo-chromowych. Od części nad kratą do górnej powierzchni korpusu rusztu lepszym rozwiązaniem jest użycie tego samego materiału, co korpus rusztu w tej samej sekcji wysokości, co może wydłużyć żywotność ściany. Innym rozwiązaniem jest użycie cegieł alkalicznych lub bezpośrednio łączonych cegieł magnezytowo-chromowych, które są o jeden poziom niższe niż odpowiedni materiał korpusu rusztu w górnej części, bezpośrednio łączonych cegieł magnezytowo-chromowych w środkowej części, cegieł glinianych o niskiej porowatości w dolnej części i cegieł glinianych pierwszego poziomu poniżej kraty. Łuk kratowy zazwyczaj wykonany jest z cegieł glinianych o małej porowatości, można również stosować stopiony materiał AZS z łukami ochronnymi z gliny.
3. Forma strukturalna ciała kratowego
W piecu do topienia szkła korpus kratownicy regeneratora jest zwykle układany w stylu Siemens i plecionkarskim z prostych cegieł. Jednak otwory kratownicy są często zablokowane. Gdy blokada jest poważna, podejmuje się środki takie jak naprawa na gorąco i wymiana cegieł kratownicy. Warunki naprawy na gorąco są bardzo złe, a intensywność pracy jest niezwykle wysoka. Ośmiokątne cylindryczne cegły są używane do wymiany oryginalnych prostych cegieł. Kratka ma kształt komina i niełatwo ją zablokować. Nie jest wymagana żadna naprawa na gorąco przez cały okres pieca. Wystarczy regularnie sprawdzać. Jeśli występuje niewielka ilość blokady, dolną część kratownicy można oczyścić poprzez topienie płomieniowe od dołu do góry.
Jedną z ważnych technologii oszczędzania energii w dużych piecach do topienia szkła jest promowanie stosowania cylindrycznych cegieł kratowych. Ośmiokątne cylindryczne cegły kratowe zachowują właściwości fizyczne i chemiczne oryginalnych prostych cegieł i są łatwe do układania. Cegły są ustawione w pionie i poziomie, zasadniczo bez swobodnie zwisających części. Konstrukcja jest stabilna, powierzchnia grzewcza na jednostkę objętości kratownicy jest duża, a żywotność jest długa, co jest coraz bardziej cenione. Grubość ścianki cylindrycznej cegły można zmniejszyć do 40mm, co nie tylko zmniejsza wagę jednostkowej kratownicy, ale również zwiększa przewodność cieplną. Koszt kratownicy cylindrycznej jest o około 15% wyższy niż koszt kratownicy koszowej i o około 15% niższy niż koszt kratownicy poprzecznej. Jednak pod względem oszczędności energii różnica między kratownicą cylindryczną a kratownicą poprzeczną nie jest duża. Zużycie ciepła przez kratę koszową wzrasta o 1% do 2% rocznie, a zużycie ciepła przez kratę cylindryczną wzrasta o około 0,5% rocznie. Dużo energii jest oszczędzane dzięki spowolnieniu „starzenia”.
Przy projektowaniu konstrukcji regeneratora szczególną uwagę należy zwrócić na sposób łączenia cylindrycznych cegieł kratowych z łukiem rusztu. Układ prostych cegieł Siemensa powinien być stosowany do przejścia między cylindrycznymi cegłami kratowymi a łukiem rusztu, o wysokości około 1 m. W ten sposób otwory kratowe mogą być płynnie łączone w górę i w dół, a jednorodność gazu wchodzącego do cylindrycznej kraty może zostać poprawiona, dając pełne wykorzystanie zalet cylindrycznych cegieł kratowych i poprawiając sprawność cieplną pieca do topienia szkła.
Obecnie regenerator domowego pieca do topienia szkła stopniowo zmieniał się z tradycyjnej konstrukcji drogi wznoszącej na skrzynkową konstrukcję podzieloną lub połączoną. Dalsze wzmacnianie badań nad rozsądnym wyborem materiałów ogniotrwałych dla regeneratora, stosowanie konfiguracji podzielonych i rozwój nowych odmian może spełnić wymagania dotyczące poprawy wydajności i żywotności misji regeneratora. Ma to ogromne znaczenie dla produkcji wysokiej jakości szkła w domowych piecach do topienia szkła i wczesnej realizacji celów rozwojowych niskiego zużycia energii, wysokiej sprawności cieplnej, dużej skali tonażowej i długiej żywotności pieca.
