Uporaba taljene korundne opeke v talilni peči za float steklo

Taljene korundne opekeAluminijev oksid se stali v elektroobločni peči in nato ulije v določen model določene oblike, žari in toplotno konzervira, nato pa se obdela, da se dobi želeni izdelek. Splošni proizvodni postopek je uporaba visoko čistega kalciniranega aluminijevega oksida (nad 95 %) in majhne količine dodatkov, sestavine se dajo v elektroobločno peč in se po taljenju pri visoki temperaturi nad 2300 °C ulijejo v montažne kalupe, nato pa se ohranijo topli. Po žarjenju se vzame ven in izvlečeni surovec po natančni hladni obdelavi, predhodni montaži in pregledu postane končni izdelek, ki izpolnjuje zahteve.

Taljene korundne opeke so glede na različne kristalne oblike in količine aluminijevega oksida razdeljene na tri vrste: prva je α-Al2O3 kot glavna kristalna faza, imenovana α-korundne opeke; druga je α-Al2, kjer sta kristalni fazi O3 in β-Al2O3 večinoma v isti vsebnosti, kar imenujemo αβ korundne opeke; tretja vrsta je predvsem kristalna faza β-Al2O3, imenovana β korundne opeke. Taljene korundne opeke, ki se običajno uporabljajo v pečeh za taljenje float stekla, so druga in tretja vrsta, in sicer taljene αβ korundne opeke in β korundne opeke. Ta članek se bo osredotočil na fizikalne in kemijske lastnosti taljenih αβ korundnih opek in β korundnih opek ter njihovo uporabo v pečeh za taljenje float stekla.

1. Analiza učinkovitosti taljenih korundnih opek

1. 1 Taljena korundna opeka αβ

Taljene opeke iz αβ korunda so sestavljene iz približno 50 % α-Al2O3 in β-Al2O3, kristala pa sta prepletena in tvorita zelo gosto strukturo z odlično odpornostjo proti alkalijski koroziji. Odpornost proti koroziji pri visoki temperaturi (nad 1350 °C) je nekoliko slabša kot pri taljenih opekah AZS, vendar je pri temperaturah pod 1350 °C njihova odpornost proti koroziji staljenega stekla enaka odpornosti taljenih opek AZS. Ker ne vsebujejo Fe2O3, TiO2 in drugih nečistoč, je faza matričnega stekla zelo majhna, tujki, kot so mehurčki, pa se pri stiku s staljenim steklom manj verjetno pojavijo, zato se matrično steklo ne onesnaži.

Taljene korundne opeke αβ so gosto kristalizirane in imajo odlično korozijsko odpornost proti staljenemu steklu pod 1350 °C, zato se pogosto uporabljajo v delovnem bazenu in zunaj steklarskih peči, običajno v pralnikih, ustnih opekah, zapornih opekah itd. Taljene korundne opeke na svetu najbolje izdeluje japonska Toshiba.

1.2 Taljena β korundna opeka

Taljene β-korundne opeke so sestavljene iz skoraj 100 % β-Al2O3 in imajo veliko ploščato kristalno strukturo β-Al2O3. So večje in manj močne. Po drugi strani pa imajo dobro odpornost proti luščenju, še posebej kažejo izjemno visoko korozijsko odpornost proti močnim alkalijskim hlapom, zato se uporabljajo v zgornjih konstrukcijah talilne peči stekla. Ko pa se segrejejo v atmosferi z nizko vsebnostjo alkalij, reagirajo s SiO2 in β-Al2O3 se zlahka razgradijo, kar povzroči krčenje volumna, kar povzroči razpoke in razpoke, zato se uporabljajo na mestih, kjer se nahajajo surovine za steklo.

1.3 Fizikalne in kemijske lastnosti taljenih αβ in β korundnih opek

Kemična sestava taljenih α-β in β korundnih opek je predvsem Al2O3, razlika je predvsem v sestavi kristalne faze, razlika v mikrostrukturi pa vodi do razlike v fizikalnih in kemijskih lastnostih, kot so gostota v razsutem stanju, koeficient toplotnega raztezanja in tlačna trdnost.

2. Uporaba taljenih korundnih opek v steklarskih pečeh

Tako dno kot stena bazena sta v neposrednem stiku s stekleno tekočino. Za vse dele, ki so v neposrednem stiku s stekleno tekočino, je najpomembnejša lastnost ognjevzdržnega materiala odpornost proti koroziji, kar pomeni, da med ognjevzdržnim materialom in stekleno tekočino ne pride do kemične reakcije.

V zadnjih letih je treba pri ocenjevanju kazalnikov kakovosti taljenih ognjevzdržnih materialov v neposrednem stiku s staljenim steklom poleg kemične sestave, fizikalno-kemijskih kazalnikov ter mineralne sestave oceniti tudi naslednje tri kazalnike: indeks odpornosti proti eroziji stekla, indeks oborjenih mehurčkov in indeks oborjene kristalizacije.

Z višjimi zahtevami glede kakovosti stekla in večjo proizvodno zmogljivostjo peči se bo uporaba taljenih električnih opek razširila. Taljene opeke, ki se običajno uporabljajo v steklarskih pečeh, so taljene opeke serije AZS (Al2O3-ZrO2-SiO2). Ko je temperatura opeke AZS nad 1350 ℃, je njena korozijska odpornost 2–5-krat večja kot pri opeki αβ-Al2O3. Taljene korundne opeke αβ so sestavljene iz tesno razporejenih drobnih delcev α-aluminijevega oksida (53 %) in β-aluminijevega oksida (45 %), ki vsebujejo majhno količino steklene faze (približno 2 %), ki zapolnjuje pore med kristali, imajo visoko čistost in se lahko uporabljajo kot hladilne opeke za stene bazenov in hladilne delce za tlakovanje dna, šivne opeke itd.

Mineralna sestava taljenih αβ korundnih opek vsebuje le majhno količino steklene faze, ki med uporabo ne pronica in ne onesnažuje steklene tekočine, poleg tega pa ima dobro korozijsko odpornost in odlično odpornost proti obrabi pri visokih temperaturah pod 1350 °C. Je hladilni del talilne peči za steklo. Je idealen ognjevzdržni material za stene rezervoarjev, dna rezervoarjev in žlebove talilnih peči za float steklo. V inženirskem projektu talilne peči za float steklo se taljena αβ korundna opeka uporablja kot opeka za steno bazena hladilnega dela talilne peči za steklo. Poleg tega se taljene αβ korundne opeke uporabljajo tudi za tlakovce in prekrivne fuge v hladilnem delu.

Taljena β-korundna opeka je bel izdelek, sestavljen iz grobih kristalov β-Al2O3, ki vsebuje 92 % do 95 % Al2O3 in manj kot 1 % steklene faze, njegova strukturna trdnost pa je zaradi rahle kristalne mreže relativno šibka. Če je nizka, je navidezna poroznost manjša od 15 %. Ker je sam Al2O3 nad 2000 °C nasičen z natrijem, je pri visokih temperaturah zelo stabilen proti alkalnim hlapom, njegova toplotna stabilnost pa je odlična. Vendar pa se pri stiku s SiO2 Na2O, ki ga vsebuje β-Al2O3, razgradi in reagira s SiO2, β-Al2O3 pa se zlahka pretvori v α-Al2O3, kar povzroči veliko krčenje volumna, razpoke in poškodbe. Zato je primeren le za nadgradnje, ki so stran od letečega prahu SiO2, kot so nadgradnja delovnega bazena steklarske talilne peči, izliv na zadnji strani talilne cone in njegov bližnji parapet, nivelacija majhnih peči in drugi deli.

Ker ne reagira s hlapnimi alkalijskimi kovinskimi oksidi, ne bo prišlo do iztekanja staljene snovi s površine opeke, ki bi onesnažila steklo. V talilni peči za float steklo zaradi nenadnega zoženja vhoda pretočnega kanala hladilnega dela zlahka pride do kondenzacije alkalnih hlapov, zato je pretočni kanal tukaj izdelan iz taljenih β opek, ki so odporne proti koroziji zaradi alkalne pare.

3. Zaključek

Zaradi odličnih lastnosti taljenih korundnih opek, kot so odpornost proti eroziji stekla, odpornost proti peni in odpornost proti kamnom, zlasti zaradi edinstvene kristalne strukture, skoraj ne onesnažujejo staljenega stekla. Pomembno se uporabljajo v čistilnih trakovih, hladilnih odsekih, kanalih, majhnih pečeh in drugih delih.