Stopione szkło nie jest substancją pasywną znajdującą się w piecu. W temperaturach od 1450 do 1550 stopni jest to wysoce reaktywny stop, który w sposób ciągły atakuje każdą powierzchnię ogniotrwałą, z którą się styka, - rozpuszczając granice ziaren, penetrując kanały porów i unosząc materiał z każdym prądem konwekcyjnym. Standardowa cegła o wysokiej zawartości tlenku glinu, niezależnie od zawartości Al₂O₃, traci materiał na styku szkła w tempie uniemożliwiającym wieloletnie-prowadzenie kampanii w najbardziej agresywnych strefach.
Cyrkonia to zmienia. Nie dlatego, że ZrO₂ jest obojętny w stosunku do szkła - nie jest całkowicie -, ale dlatego, że spowalnia mechanizm ataku do poziomu, do którego nie może się zbliżyć żadna kompozycja tlenku glinu-krzemionki. Różnica pomiędzy AZS 33 i AZS 41 to nie tylko 8 punktów procentowych ZrO₂. To różnica między cegłą, która przetrwa gardziel pieca ze szkłem float przez jedną kampanię, a cegłą, która przetrwa dwie.
Dlaczego stopione szkło atakuje materiały ogniotrwałe glinokrzemianowe
Stopione szkło powoduje korozję materiałów ogniotrwałych w sekwencji rozpoczynającej się na granicy ziaren. Każdycegła o wysokiej zawartości tlenku glinuzawiera fazę szklaną na granicach ziaren - pozostały materiał krzemianowy powstały z zanieczyszczeń podczas wypalania. W temperaturach kontaktu ze szkłem stopione szkło i ta faza szklana na granicy ziaren są chemicznie podobne, co oznacza, że są wzajemnie rozpuszczalne. Stopione szkło w piecu w sposób ciągły rozpuszcza fazę graniczną ziaren z powierzchni cegły, unosząc ziarna tlenku glinu i krzemionki, gdy zanika podtrzymująca je matryca.
Drugim mechanizmem jest penetracja. Stopione szkło pod ciśnieniem hydrostatycznym przedostaje się do otwartych porów, tworzy front reakcji przed widoczną strefą korozji i wstępnie-osłabia materiał jeszcze zanim dotrze do powierzchni. Gęste materiały ogniotrwałe o pozornej porowatości poniżej 1% -, co opisujestopiony odlew AZS- są odporne na ten mechanizm znacznie lepiej niż cegły spiekane o porowatości w zakresie 15–20%.
ZrO₂ działa na obydwa mechanizmy. Faza tlenku cyrkonu w osnowie cegły ma bardzo słabą rozpuszczalność w stopionym szkle w temperaturze pieca. Kiedy stopione szkło rozpuszcza fazę graniczną ziaren i zaczyna atakować strukturę krystaliczną, napotyka cząstki ZrO₂, których nie jest w stanie rozpuścić z taką samą szybkością. Cząstki te pozostają na miejscu, tworząc lepką warstwę wzbogaconą w ZrO₂- na froncie korozji, która spowalnia dalszą penetrację. Wyższa zawartość ZrO₂ oznacza gęstszą, bardziej ciągłą warstwę barierową -, dlatego odporność na korozję rośnie bezpośrednio wraz z zawartością ZrO₂, nie liniowo, ale niezawodnie.
AZS 33, 36, 41: Co w praktyce oznaczają liczby
Oznaczenie AZS odnosi się do układu tlenku glinu-tlenku cyrkonu-krzemionki. Liczba ta oznacza nominalną zawartość ZrO₂: AZS 33 zawiera około 33% ZrO₂, AZS 36 około 36%, AZS 41 około 41%. Wszystkie trzy są wytwarzane w procesie topienia - surowców w temperaturze powyżej 1800 stopni i wlewania do form -, co pozwala uzyskać mikrostrukturę o porowatości bliskiej-zero-, której nie da się odtworzyć w przypadku cegieł spiekanych.
AZS 33 to gatunek ogólnego-zastosowania w strefach pieców szklarskich, w których występuje korozja, ale nie z maksymalną intensywnością. Typowymi zastosowaniami są ściany boczne w górnej strefie topienia, ściany czołowe i obszary regeneratora poniżej strefy kontaktu z linią szkła. Zawartość ZrO₂ jest wystarczająca, aby znacznie przewyższać materiały ogniotrwałe z tlenku glinu-krzemionki, a jego niższy koszt w porównaniu z AZS 36 i 41 sprawia, że jest to ekonomicznie racjonalny wybór tam, gdzie szybkość korozji nie wymaga wyższego ZrO₂. Jeden warunek, w którym AZS 33 jest wyraźnie nieodpowiedni: linia szkła (strefa, w której powierzchnia szkła styka się z atmosferą), gdzie korozja łączy się z atakiem parowania i konwekcyjnym przepływem szkła, powodując najpoważniejsze straty materiału w piecu.
AZS 36 to standard dla stref-silnego ataku w większości pieców do produkcji szkła float i szkła opakowaniowego. Ściana boczna basenu na linii szkła, gardziel, niełaska i kanał pomiędzy zbiornikiem do topienia a rafinerią to strefy, w których przemysł rutynowo określa AZS 36. W tych lokalizacjach prędkość przepływu szkła jest najwyższa, gradienty temperatury są najbardziej strome, a połączenie korozji i erozji spowodowanej cyrkulacją szkła usuwa materiał najszybciej. Dodatkowy ZrO₂ w AZS 36 w porównaniu do AZS 33 tworzy mierzalnie gęstszą warstwę ochronną na froncie korozji, wydłużając żywotność w tych miejscach o 20–40% w udokumentowanych kampaniach piecowych.
AZS 41 jest zalecany tam, gdzie nawet AZS 36 nie jest w stanie zapewnić wymaganej żywotności kampanii. Przednia ściana budy -, gdzie zimne materiały wsadowe lądują bezpośrednio na powierzchni szkła i tworzą intensywne lokalne gradienty temperatury -, to najbardziej wymagająca pojedyncza pozycja w większości pieców szklarskich. Inną sprawą jest gardziel pieca w operacjach-z dużą-prędkością uciągu. Wyższa zawartość ZrO₂ w AZS 41 zmniejsza wydzielanie szkła (wyładowanie-materiału fazy szklanej z powierzchni cegły przy rozruchu) w porównaniu do AZS 36, co jest istotne w przypadku produkcji szkła specjalnego, gdzie tolerancja zanieczyszczeń jest wyjątkowo niska.
W przypadku zastosowań powyżej linii szkła - praca nadbudowy, korony i kratki regeneracyjnej - Cegła AZS generalnie nie jest określona. W tych strefach występuje atak oparów alkalicznych, a nie korozja kontaktowa ze szkłem, a materiały ogniotrwałe z tlenku glinu- lub krzemionki są zazwyczaj bardziej odpowiednie i znacznie tańsze.
Odlew topiony a spiekany: dlaczego metoda produkcji determinuje zastosowanie
Wszystkie trzy omówione powyżej gatunki AZS są produktami z odlewów topionych. Spiekane cegły AZS -, które wyglądają podobnie w karcie specyfikacji -, to inny produkt o różnych właściwościach użytkowych, a pomylenie ich powoduje błędne specyfikacje.
Topiony odlew AZS osiąga pozorną porowatość poniżej 1% w procesie topienia i odlewania. Mikrostruktura zawiera łączący się ZrO₂, korund i fazę szklaną w gęstej, zasadniczo pozbawionej porów-matrycy. Dzięki tej strukturze stopiony odlew AZS jest odporny na przenikanie stopionego szkła. Korozja na powierzchni jest mierzalna, ale powolna, a brak otwartej porowatości zapobiega-wstępnej penetracji przed frontem korozji.
Cegły spiekane AZS produkowane są metodą konwencjonalnego prasowania i wypalania. Pozorna porowatość wynosi zazwyczaj 15–20%. Zawartość ZrO₂ zapewnia takie same korzyści w zakresie hartowania mikrostruktury, jak w przypadku produktów z topionego odlewu, a spiekane cegły AZS przewyższają standardową wysoką zawartość tlenku glinu pod względem odporności na korozję -, ale nie mogą dorównać produktom z topionego odlewu w strefach kontaktu ze szkłem, gdzie dominującym mechanizmem awarii jest penetracja przez otwartą porowatość.
Praktyczne wskazówki są proste: położenie styku szkła - w miejscu, w którym powierzchnia cegły styka się ze stopionym szkłem -, określ stopiony odlew AZS w odpowiednim gatunku. Miejsca zapasowe za przednimi warstwami z topionego odlewu, elementy nadbudowy nie mające bezpośredniego kontaktu ze szkłem oraz zastosowania w innych-branżach wysokotemperaturowych, w których nie występuje stopione szkło, są kandydatami do produktów na bazie spiekanego tlenku cyrkonu-, gdzie niższy koszt jest uzasadniony mniej agresywnymi warunkami pracy.
Gdzie spiekana wysoka-cegła cyrkonowa odgrywa swoją własną rolę
Poza piecem szklarskim istnieje kategoria zastosowań, w których określa się cegły spiekane o wysokiej zawartości ZrO₂ - 60% do 94% ZrO₂, znacznie wyższej niż gatunki AZS -. Są to zastosowania, w których odporność chemiczna samego tlenku cyrkonu, a nie systemu kompozytowego AZS, jest właściwością krytyczną.
Określa się piece do wytapiania metali nieżelaznych-, w których przetwarzane są stopy miedzi, niklu i metali szlachetnychwysokie-cegły cyrkonowew strefach kontaktu, ponieważ ZrO₂ jest znacznie mniej reaktywny z tymi metalami i ich żużlami niż materiały ogniotrwałe z tlenku glinu-krzemionki. Wykładziny pieców indukcyjnych do topienia stopów specjalnych, tygle do odlewania metali szlachetnych i specjalne zbiorniki do procesów chemicznych, w których kwasowa lub zasadowa chemia stopu atakuje tlenek glinu-krzemionki i materiały ogniotrwałe to zastosowania, w których produkty spiekane o wysokiej zawartości-ZrO₂ zapewniają wymaganą odporność chemiczną.
Zasada doboru wszystkich materiałów ogniotrwałych-na bazie tlenku cyrkonu jest spójna: zawartość procentową ZrO₂ należy dopasować do intensywności ataku chemicznego w określonej strefie, a nie maksymalizować w całym zakresie. Każdy wzrost zawartości ZrO₂ zwiększa koszty. - Ocena inżynierów polega na tym, czy intensywność ataku w tym miejscu uzasadnia dodatkowe koszty w oczekiwanym okresie trwania kampanii.
Co potwierdzić przed określeniem
Zachowanie wysięku topionego odlewu AZS jest praktycznym problemem podczas nagrzewania-pieca. Gdy cegła nagrzewa się od 1000 do 1250 stopni, faza szklana w cegle mięknie i migruje w kierunku powierzchni, powodując widoczne wyładowanie lepkiego materiału szklanego. Wysięk jest normalny i oczekiwany. - nie oznacza wadliwej cegły. Jednakże wyższe gatunki ZrO₂ (AZS 41) wydzielają mniej fazy szklanej niż AZS 33, ponieważ stosunek fazy szklanej do ZrO₂ i korundu jest niższy. Do produkcji szkła specjalnego, gdzie zanieczyszczenie początkowe jest krytycznym problemem, z tego powodu zaleca się produkty AZS 41 lub produkty o wysokiej zawartości-tlenku cyrkonu z minimalną fazą szklaną, niezależnie od ich przewagi w zakresie odporności na korozję.
Metoda odlewania - odlewanie standardowe, odlewanie wibracyjne lub odlewanie metodą pochylania - wpływa na rozkład porowatości wewnętrznej i warto ją sprawdzić w przypadku pozycji krytycznych. Cegły AZS odlewane uchylnie- mają bardziej jednolitą mikrostrukturę niż standardowe produkty odlewane, ponieważ kąt odlewania zmniejsza uwięzienie gazu. Na najbardziej wymagających stanowiskach w piecach-wyciągających-o dużej wydajności preferowany jest odlew-uchylny AZS 36 lub 41.
W przypadku specyfikacji cegieł cyrkonowych, wyboru gatunku AZS dla stref pieca szklarskiego lub produktów spiekanych o wysokiej-tlenku cyrkonu do zastosowań-nieżelaznych,skontaktować się z firmą Thermaxcel Refractionz typem pieca, położeniem strefy i wymaganiami dotyczącymi żywotności kampanii.
