Применение плавленого корунда в печи для плавки листового стекла

Плавленые корундовые кирпичиИзмельченный оксид алюминия в электродуговой печи отливают в заданную форму, подвергают отжигу и термообработке, а затем обрабатывают для получения желаемого продукта. Общий производственный процесс заключается в использовании высокочистого прокаленного оксида алюминия (более 95%) и небольшого количества добавок, помещении ингредиентов в электродуговую печь, отливке их в предварительно изготовленные формы после расплавления при высокой температуре выше 2300 °C, а затем выдержке в тепле после отжига, после чего заготовку извлекают, и полученная заготовка после точной холодной обработки, предварительной сборки и контроля качества становится готовым изделием, отвечающим требованиям.

Плавленые корундовые кирпичи делятся на три типа в зависимости от различных кристаллических форм и количества оксида алюминия: первый тип имеет α-Al2O3 в качестве основной кристаллической фазы и называется α-корундовым кирпичом; второй тип имеет α-Al2O3 и β-Al2O3 в основном в одинаковом содержании и называется αβ-корундовым кирпичом; третий тип состоит в основном из β-Al2O3 и называется β-корундовым кирпичом. В печах для плавки листового стекла обычно используются плавленые корундовые кирпичи второго и третьего типов, а именно плавленые αβ-корундовые кирпичи и β-корундовые кирпичи. В данной статье основное внимание будет уделено физико-химическим свойствам плавленых αβ-корундовых кирпичей и β-корундовых кирпичей и их применению в печах для плавки листового стекла.

1. Анализ эксплуатационных характеристик плавленых корундовых кирпичей.

1. 1 Плавленый αβ-корундовый кирпич

Плавленые αβ-корундовые кирпичи состоят примерно из 50% α-Al2O3 и β-Al2O3, причем эти два кристалла переплетаются, образуя очень плотную структуру, обладающую превосходной стойкостью к сильной щелочной коррозии. Коррозионная стойкость при высоких температурах (выше 1350 °C) несколько хуже, чем у плавленых кирпичей AZS, но при температурах ниже 1350 °C их коррозионная стойкость к расплавленному стеклу эквивалентна стойкости плавленых кирпичей AZS. Поскольку они не содержат Fe2O3, TiO2 и других примесей, фаза матричного стекла очень мала, и вероятность образования посторонних частиц, таких как пузырьки, при контакте с расплавленным стеклом значительно снижается, поэтому матричное стекло не загрязняется.

Плавленые корундовые кирпичи αβ-типа обладают высокой плотностью кристаллизации и превосходной коррозионной стойкостью к расплавленному стеклу при температуре ниже 1350 °C, поэтому они широко используются в рабочей ванне и за ее пределами стеклоплавильных печей, обычно в желобах, кромочных кирпичах, литниковых кирпичах и т. д. Лучшие в мире плавленые корундовые кирпичи производятся японской компанией Toshiba.

1.2 Плавленый β-корундовый кирпич

Плавленые β-корундовые кирпичи состоят почти на 100% из β-Al₂O₃ и имеют крупную пластинчатую кристаллическую структуру β-Al₂O₃. Они крупнее и менее прочны. С другой стороны, они обладают хорошей устойчивостью к отслаиванию, особенно высокой коррозионной стойкостью к парам сильных щелочей, поэтому их используют в верхней части стеклоплавильных печей. Однако при нагревании в атмосфере с низким содержанием щелочей они вступают в реакцию с SiO₂, и β-Al₂O₃ легко разлагается, вызывая усадку и образование трещин, поэтому их используют в местах, удаленных от источников стекольного сырья.

1.3 Физические и химические свойства плавленых αβ и β корундовых кирпичей

Химический состав сплавленных α-β и β корундовых кирпичей в основном представлен Al₂O₃, различия заключаются главным образом в составе кристаллической фазы, а различия в микроструктуре приводят к различиям в физико-химических свойствах, таких как объемная плотность, коэффициент теплового расширения и прочность на сжатие.

2. Применение плавленых корундовых кирпичей в печах для плавки стекла.

Дно и стенки бассейна находятся в непосредственном контакте с жидкой стекловидной жидкостью. Для всех частей, непосредственно контактирующих с жидкой стекловидной жидкостью, наиболее важным свойством огнеупорного материала является коррозионная стойкость, то есть отсутствие химической реакции между огнеупорным материалом и жидкой стекловидной жидкостью.

В последние годы при оценке качественных показателей плавленых огнеупорных материалов, находящихся в непосредственном контакте с расплавленным стеклом, помимо химического состава, физико-химических показателей и минерального состава, необходимо также оценивать следующие три показателя: индекс стойкости стекла к эрозии, индекс образования пузырьков и индекс кристаллизации при осаждении.

В связи с повышением требований к качеству стекла и увеличением производительности печи, использование плавленых электротехнических кирпичей будет расширяться. В стеклоплавильных печах обычно используются кирпичи серии AZS (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂). При температуре выше 1350℃ коррозионная стойкость кирпичей AZS в 2–5 раз выше, чем у кирпичей αβ-Al₂O₃. Плавленые корундовые кирпичи αβ состоят из плотно расположенных мелких частиц α-оксида алюминия (53%) и β-оксида алюминия (45%), содержащих небольшое количество стеклофазы (около 2%), заполняющей поры между кристаллами, обладают высокой чистотой и могут использоваться в качестве кирпичей для стенок охлаждающих камер, кирпичей для покрытия дна охлаждающих камер, а также для стыковых кирпичей и т.д.

Минеральный состав плавленых αβ-корундовых кирпичей содержит лишь небольшое количество стекловидной фазы, которая не просачивается и не загрязняет стеклообразный продукт во время эксплуатации, обладает хорошей коррозионной стойкостью и превосходной износостойкостью при высоких температурах ниже 1350 °C. Они используются в качестве охлаждающего материала в стеклоплавильных печах. Это идеальный огнеупорный материал для стенок резервуаров, днищ резервуаров и желобов стеклоплавильных печей. В проекте строительства стеклоплавильных печей плавленый αβ-корундовый кирпич используется в качестве кирпича для стенок резервуара охлаждающей части стеклоплавильной печи. Кроме того, плавленые αβ-корундовые кирпичи также используются в качестве облицовочного кирпича и кирпича для заделки швов в охлаждающей секции.

Плавленый β-корундовый кирпич представляет собой белый продукт, состоящий из крупных кристаллов β-Al₂O₃, содержащий 92–95% Al₂O₃ и менее 1% стекловидной фазы. Его структурная прочность относительно слаба из-за рыхлой кристаллической решетки. Низкая кажущаяся пористость составляет менее 15%. Поскольку сам Al₂O₃ насыщается натрием при температуре выше 2000 °C, он очень устойчив к воздействию щелочных паров при высоких температурах, а также обладает превосходной термической стабильностью. Однако при контакте с SiO₂ содержащийся в β-Al₂O₃ Na₂O разлагается и реагирует с SiO₂, а β-Al₂O₃ легко превращается в α-Al₂O₃, что приводит к значительной усадке объема, образованию трещин и повреждений. Поэтому он подходит только для надстроек, расположенных вдали от летящей пыли SiO2, таких как надстройка рабочего бассейна стеклоплавильной печи, желоб в задней части зоны плавки и прилегающий к нему парапет, выравнивающие элементы небольших печей и другие детали.

Поскольку он не вступает в реакцию с летучими оксидами щелочных металлов, расплавленный материал не будет вытекать с поверхности кирпича и загрязнять стекло. В печи для плавки листового стекла из-за резкого сужения входного отверстия канала охлаждения легко возникает конденсация щелочных паров, поэтому канал здесь изготовлен из плавленого β-кирпича, устойчивого к коррозии под воздействием щелочного пара.

3. Заключение

Благодаря превосходным свойствам плавленых корундовых кирпичей, таким как устойчивость к эрозии стекла, пенообразованию и образованию камней, и особенно благодаря их уникальной кристаллической структуре, они практически не загрязняют расплавленное стекло. Они находят важное применение в отстойных лентах, охлаждающих секциях, литниках, небольших печах и других деталях.