Aplikace taveného korundového cihel v peci na tavení plaveného skla

Tavené korundové cihlyOxid hlinitý se roztaví v elektrické obloukové peci a odlévá do specifikovaného modelu specifického tvaru, žíhá se a tepelně se konzervuje a poté se zpracovává za účelem získání požadovaného produktu. Obecný výrobní proces spočívá v použití vysoce čistého kalcinovaného oxidu hlinitého (nad 95 %) a malého množství přísad, vložení ingrediencí do elektrické obloukové pece a jejich odlití do prefabrikovaných forem po roztavení při vysoké teplotě nad 2300 °C a následném udržování v teple. Po žíhání se polotovar vyjme a po přesném tváření za studena, předběžné montáži a kontrole se z něj stane hotový výrobek, který splňuje požadavky.

Tavené korundové cihly se dělí na tři typy podle různých krystalových forem a množství oxidu hlinitého: prvním typem je α-Al2O3 jako hlavní krystalová fáze, nazývaná α-korundová cihla; druhým typem je α-Al2O3, kde krystalové fáze O3 a β-Al2O3 jsou převážně ve stejném složení, což se nazývá αβ korundová cihla; třetím typem je převážně krystalová fáze β-Al2O3, nazývaná β korundová cihla. Tavené korundové cihly běžně používané v pecích na tavení plaveného skla jsou druhý a třetí typ, a to tavené αβ korundové cihly a β korundové cihly. Tento článek se zaměří na fyzikální a chemické vlastnosti tavených αβ korundových cihel a β korundových cihel a jejich použití v pecích na tavení plaveného skla.

1. Analýza vlastností tavených korundových cihel

1. 1 Cihla z taveného αβ korundu

Tavené cihly z αβ korundu se skládají z přibližně 50 % α-Al2O3 a β-Al2O3 a tyto dva krystaly jsou propleteny a tvoří velmi hustou strukturu s vynikající odolností proti korozi v alkalických médiu. Odolnost proti korozi při vysokých teplotách (nad 1350 °C) je o něco horší než u tavených cihel AZS, ale při teplotách pod 1350 °C je jejich odolnost proti korozi roztaveným sklem srovnatelná s tavenými cihlami AZS. Protože neobsahují Fe2O3, TiO2 a další nečistoty, je fáze matrice skla velmi malá a při kontaktu s roztaveným sklem se s menší pravděpodobností objeví cizí látky, jako jsou bubliny, takže matrice skla nedochází ke znečištění.

Tavené korundové cihly αβ jsou husté při krystalizaci a mají vynikající odolnost proti korozi roztaveného skla pod 1350 °C, takže se široce používají v pracovní lázni a za ní v pecích pro tavení skla, obvykle v žlabech, cihlách na rty, cihlách na vráta atd. Tavené korundové cihly na světě nejlépe vyrábí japonská společnost Toshiba.

1.2 Cihla z taveného β korundu

Tavené β-korundové cihly se skládají z téměř 100 % β-Al2O3 a mají velkou deskovitou krystalickou strukturu β-Al2O3. Jsou větší a méně pevné. Na druhou stranu mají dobrou odolnost proti odlupování, zejména vykazují extrémně vysokou odolnost proti korozi vůči silným alkalickým parám, takže se používají v horní části sklářské tavicí pece. Pokud se však zahřívají v atmosféře s nízkým obsahem alkálií, reagovaly by s SiO2 a β-Al2O3 by se snadno rozkládal a způsoboval by zmenšení objemu, což by mohlo vést k prasklinám a trhlinám, proto se používají v místech daleko od rozptýlených sklářských surovin.

1.3 Fyzikální a chemické vlastnosti tavených korundových cihel αβ a β

Chemické složení tavených korundových cihel α-β a β je převážně Al2O3, rozdíl spočívá především ve složení krystalové fáze a rozdíl v mikrostruktuře vede k rozdílu ve fyzikálních a chemických vlastnostech, jako je objemová hmotnost, koeficient tepelné roztažnosti a pevnost v tlaku.

2. Použití tavených korundových cihel ve sklářských tavicích pecích

Dno i stěna nádrže jsou v přímém kontaktu se sklovinou. U všech částí, které jsou v přímém kontaktu se sklovinou, je nejdůležitější vlastností žáruvzdorného materiálu odolnost proti korozi, tj. mezi žáruvzdorným materiálem a sklovinou nedochází k žádné chemické reakci.

V posledních letech se při posuzování ukazatelů kvality tavených žáruvzdorných materiálů v přímém kontaktu s roztaveným sklem kromě chemického složení, fyzikálně-chemických ukazatelů a minerálního složení musí posuzovat i tyto tři ukazatele: index odolnosti proti erozi skla, index sražených bublin a index sražené krystalizace.

S vyššími požadavky na kvalitu skla a větší výrobní kapacitou pece se rozšiřuje použití tavených elektrických cihel. Tavené cihly běžně používané ve sklářských pecích jsou tavené cihly řady AZS (Al2O3-ZrO2-SiO2). Pokud je teplota cihly AZS nad 1350 °C, její odolnost proti korozi je 2–5krát vyšší než u cihly αβ-Al2O3. Tavené cihly z αβ korundu se skládají z těsně uspořádaných jemných částic α-oxidu hlinitého (53 %) a β-oxidu hlinitého (45 %), které obsahují malé množství skelné fáze (asi 2 %), vyplňují póry mezi krystaly, mají vysokou čistotu a lze je použít jako chladicí cihly na stěny bazénů a chladicí cihly na dno, švové cihly atd.

Minerální složení tavených cihel z αβ korundu obsahuje pouze malé množství skelné fáze, která během používání neprosakuje a neznečišťuje sklovinu. Má dobrou odolnost proti korozi a vynikající odolnost proti opotřebení za vysokých teplot pod 1350 °C. Je to chladicí část sklářské tavicí pece. Je ideálním žáruvzdorným materiálem pro stěny nádrží, dna nádrží a žlaby sklářských tavicích pecí. V inženýrském projektu tavicích pecí na plavené sklo se tavené cihly z αβ korundu používají jako cihla na stěny bazénu chladicí části sklářské tavicí pece. Kromě toho se tavené cihly z αβ korundu používají také pro dlažební cihly a krycí cihly na spáry v chladicí sekci.

Tavená β-korundová cihla je bílý produkt složený z hrubých krystalů β-Al2O3, obsahující 92 % až 95 % Al2O3 a méně než 1 % skelné fáze. Jeho strukturální pevnost je relativně slabá kvůli řídké krystalové mřížce. Nízká, zdánlivá pórovitost je menší než 15 %. Protože samotný Al2O3 je nad 2000 °C nasycen sodíkem, je velmi stabilní vůči alkalickým parám při vysokých teplotách a jeho tepelná stabilita je také vynikající. Při kontaktu s SiO2 se však Na2O obsažený v β-Al2O3 rozkládá a reaguje s SiO2, přičemž β-Al2O3 se snadno transformuje na α-Al2O3, což vede k velkému objemovému smrštění, což způsobuje praskliny a poškození. Proto je vhodný pouze pro nástavby vzdálené od poletujícího prachu SiO2, jako je nástavba pracovní nádrže sklářské tavicí pece, výlevka v zadní části tavicí zóny a její blízký parapet, vyrovnávání malých pecí a další části.

Protože nereaguje s těkavými oxidy alkalických kovů, nedochází k vytékání roztaveného materiálu z povrchu cihly, který by mohl sklo kontaminovat. V peci na tavení plaveného skla může v důsledku náhlého zúžení vstupu průtokového kanálu chladicí části snadno dojít ke kondenzaci alkalických par, takže průtokový kanál je zde vyroben z tavených β cihel, které jsou odolné vůči korozi alkalickou párou.

3. Závěr

Díky vynikajícím vlastnostem tavených korundových cihel, jako je odolnost proti erozi skla, odolnost proti pěnění a odolnost proti kamenům, a zejména díky své jedinečné krystalové struktuře, téměř neznečišťují roztavené sklo. Nacházejí důležité uplatnění v čiřících pásech, chladicích sekcích, vtokových kanálech, malých pecích a dalších součástech.