Toepassing van gesmolten korundsteen in een floatglasoven

Gesmolten korundstenenBij het productieproces wordt aluminiumoxide in een elektrische vlamboogoven gesmolten en in een specifieke vorm gegoten, waarna het wordt gegloeid en op temperatuur gehouden. Vervolgens wordt het verwerkt tot het gewenste product. Het algemene productieproces omvat het gebruik van hoogzuiver gecalcineerd aluminiumoxide (meer dan 95%) en een kleine hoeveelheid additieven. De ingrediënten worden in een elektrische vlamboogoven gedaan en na het smelten bij een hoge temperatuur van meer dan 2300 °C in voorgevormde mallen gegoten. Na het gloeien worden de mallen op temperatuur gehouden en uit de oven gehaald. Het verkregen product, dat na nauwkeurige koudbewerking, voormontage en inspectie een eindproduct is dat aan de eisen voldoet, wordt een eindproduct.

Gesmolten korundstenen worden op basis van de verschillende kristalvormen en hoeveelheden aluminiumoxide in drie typen verdeeld: het eerste type bestaat voornamelijk uit α-Al2O3 als kristalfase, de zogenaamde α-korundstenen; het tweede type bestaat voornamelijk uit α-Al2O3 en β-Al2O3 kristalfasen, de zogenaamde αβ-korundstenen; het derde type bestaat voornamelijk uit β-Al2O3 kristalfasen, de zogenaamde β-korundstenen. De meest gebruikte gesmolten korundstenen in floatglasovens zijn de tweede en derde typen, namelijk gesmolten αβ-korundstenen en gesmolten β-korundstenen. Dit artikel richt zich op de fysische en chemische eigenschappen van gesmolten αβ-korundstenen en gesmolten β-korundstenen en hun toepassing in floatglasovens.

1. Prestatieanalyse van gesmolten korundstenen

1. 1 Gesmolten αβ-korundsteen

Gesmolten αβ-korundstenen bestaan ​​voor ongeveer 50% uit α-Al₂O₃ en β-Al₂O₃. De twee kristallen zijn met elkaar verweven en vormen een zeer dichte structuur met een uitstekende weerstand tegen sterke alkalische corrosie. De corrosiebestendigheid bij hoge temperaturen (boven 1350 °C) is iets minder dan die van gesmolten AZS-stenen, maar bij temperaturen onder 1350 °C is de corrosiebestendigheid tegen gesmolten glas gelijk aan die van gesmolten AZS-stenen. Omdat het geen Fe₂O₃, TiO₂ en andere onzuiverheden bevat, is de matrixglasfase zeer klein. Hierdoor is de kans op vreemde stoffen zoals luchtbellen kleiner bij contact met gesmolten glas, waardoor de matrixglasfase niet vervuild raakt.

Gesmolten αβ-korundstenen hebben een hoge kristaldichtheid en een uitstekende corrosiebestendigheid tegen gesmolten glas onder de 1350 °C. Daarom worden ze veel gebruikt in het smeltbad en daarbuiten van glasovens, meestal in goten, randstenen, poortstenen, enz. De beste gesmolten korundstenen ter wereld worden gemaakt door het Japanse bedrijf Toshiba.

1.2 Gesmolten β-korundsteen

Gesmolten β-korundstenen bestaan ​​voor bijna 100% uit β-Al₂O₃ en hebben een grote, plaatvormige β-Al₂O₃-kristalstructuur. Ze zijn groter en minder sterk. Aan de andere kant hebben ze een goede afbrokkelingsweerstand en vertonen ze een extreem hoge corrosiebestendigheid tegen sterke alkalidampen, waardoor ze worden gebruikt in de bovenste structuur van glasovens. Wanneer ze echter worden verhit in een atmosfeer met een laag alkaligehalte, reageren ze met SiO₂ en ontleedt de β-Al₂O₃ gemakkelijk, wat volumekrimp en scheuren en barsten veroorzaakt. Daarom worden ze alleen gebruikt op plaatsen die ver verwijderd zijn van de verspreiding van glasgrondstoffen.

1.3 Fysische en chemische eigenschappen van gesmolten αβ- en β-korundstenen

De chemische samenstelling van gesmolten α-β- en β-korundstenen bestaat hoofdzakelijk uit Al₂O₃. Het verschil zit hem vooral in de samenstelling van de kristalfasen, en het verschil in microstructuur leidt tot verschillen in fysische en chemische eigenschappen zoals volumieke massa, thermische uitzettingscoëfficiënt en druksterkte.

2. Toepassing van gesmolten korundstenen in glasovens

Zowel de bodem als de wand van het bassin staan ​​in direct contact met de glasvloeistof. Voor alle delen die rechtstreeks in contact komen met de glasvloeistof, is de belangrijkste eigenschap van het vuurvaste materiaal de corrosiebestendigheid, dat wil zeggen dat er geen chemische reactie mag optreden tussen het vuurvaste materiaal en de glasvloeistof.

De laatste jaren moeten bij de beoordeling van de kwaliteitsindicatoren van gesmolten vuurvaste materialen die rechtstreeks in contact komen met gesmolten glas, naast de chemische samenstelling, fysische en chemische indicatoren en minerale samenstelling, ook de volgende drie indicatoren worden beoordeeld: de glaserosieweerstandsindex, de neerslagbelindex en de neerslagkristallisatie-index.

Door de hogere eisen aan de glaskwaliteit en de grotere productiecapaciteit van de ovens zal het gebruik van gesmolten elektrische stenen toenemen. De meest gebruikte gesmolten stenen in glasovens zijn de AZS-stenen (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂). Bij temperaturen boven de 1350 °C is de corrosiebestendigheid van AZS-stenen 2 tot 5 keer zo hoog als die van αβ-Al₂O₃-stenen. Gesmolten αβ-korundstenen bestaan ​​uit dicht opeengepakte α-aluminiumoxide (53%) en β-aluminiumoxide (45%) fijne deeltjes, met een kleine hoeveelheid glasfase (ongeveer 2%) die de poriën tussen de kristallen vult. Ze hebben een hoge zuiverheid en kunnen worden gebruikt als stenen voor de wanden van koelbassins, de bodem van koelbassins en voegen, enzovoort.

De minerale samenstelling van gesmolten αβ-korundstenen bevat slechts een kleine hoeveelheid glasfase, die niet zal uitlekken en het glas tijdens gebruik zal vervuilen. Bovendien heeft het een goede corrosiebestendigheid en een uitstekende slijtvastheid bij hoge temperaturen onder de 1350 °C. Het is een ideaal vuurvast materiaal voor de wanden, bodems en goten van de glasovens. In het project voor de glasovens wordt gesmolten αβ-korund gebruikt als wandsteen voor het koelgedeelte van de glasoven. Daarnaast worden gesmolten αβ-korundstenen ook gebruikt als bestratingsstenen en voegstenen in het koelgedeelte.

Gesmolten β-korundsteen is een wit product dat bestaat uit grove β-Al₂O₃-kristallen, met een gehalte van 92% tot 95% Al₂O₃ en minder dan 1% glasfase. De structurele sterkte is relatief zwak vanwege het losse kristalrooster. De schijnbare porositeit is laag, minder dan 15%. Omdat Al₂O₃ zelf verzadigd is met natrium boven 2000 °C, is het zeer stabiel tegen alkalidamp bij hoge temperaturen en heeft het een uitstekende thermische stabiliteit. Bij contact met SiO₂ ontleedt het Na₂O in β-Al₂O₃ echter en reageert het met SiO₂. Hierdoor wordt β-Al₂O₃ gemakkelijk omgezet in α-Al₂O₃, wat leidt tot een aanzienlijke volumekrimp en scheuren en beschadigingen. Het is daarom alleen geschikt voor bovenbouwdelen die niet blootgesteld worden aan rondvliegend SiO2-stof, zoals de bovenbouw van het smeltbad van een glasoven, de uitlaat aan de achterzijde van de smeltzone en de nabijgelegen rand, kleine nivelleringsonderdelen van de oven en andere dergelijke onderdelen.

Omdat het niet reageert met vluchtige alkalimetaaloxiden, zal er geen gesmolten materiaal uit het oppervlak van de baksteen sijpelen dat het glas zou kunnen verontreinigen. In de floatglasoven kan er door de plotselinge vernauwing van de inlaat van het koelkanaal gemakkelijk condensatie van alkalische dampen optreden. Daarom is het koelkanaal hier gemaakt van gesmolten β-bakstenen die bestand zijn tegen corrosie door alkalische stoom.

3. Conclusie

Dankzij de uitstekende eigenschappen van gesmolten korundstenen op het gebied van glaserosiebestendigheid, schuimbestendigheid en steenvormingsbestendigheid, en met name de unieke kristalstructuur, vervuilt het materiaal het gesmolten glas nauwelijks. Het vindt belangrijke toepassingen in klaringsbanden, koelsecties, aanvoerkanalen, kleine ovens en andere onderdelen.