Ứng dụng gạch corundum nung chảy trong lò nấu chảy thủy tinh nổi

Gạch corundum nung chảyNhôm oxit được nung chảy trong lò hồ quang điện và đúc thành khuôn mẫu có hình dạng cụ thể, sau đó ủ và giữ nhiệt, rồi gia công để thu được sản phẩm mong muốn. Quy trình sản xuất chung là sử dụng nhôm oxit nung có độ tinh khiết cao (trên 95%) và một lượng nhỏ chất phụ gia, cho các nguyên liệu vào lò hồ quang điện, sau khi nung chảy ở nhiệt độ cao trên 2300°C, rồi đúc vào khuôn đúc sẵn, giữ ấm và ủ, sau đó lấy ra, và phôi lấy ra trở thành sản phẩm hoàn chỉnh đáp ứng yêu cầu sau khi gia công nguội chính xác, lắp ráp sơ bộ và kiểm tra.

Gạch corundum nung chảy được chia thành ba loại dựa trên dạng tinh thể và hàm lượng alumina khác nhau: loại thứ nhất có pha tinh thể chính là α-Al2O3, được gọi là gạch α-corundum; loại thứ hai có pha tinh thể α-Al2O3 và β-Al2O3 với hàm lượng chủ yếu bằng nhau, được gọi là gạch αβ corundum; loại thứ ba chủ yếu có pha tinh thể β-Al2O3, được gọi là gạch β corundum. Gạch corundum nung chảy thường được sử dụng trong lò nấu thủy tinh nổi là loại thứ hai và thứ ba, tức là gạch αβ corundum nung chảy và gạch β corundum nung chảy. Bài viết này sẽ tập trung vào các tính chất vật lý và hóa học của gạch αβ corundum nung chảy và gạch β corundum nung chảy và ứng dụng của chúng trong lò nấu thủy tinh nổi.

1. Phân tích hiệu năng của gạch corundum nung chảy

1. 1 Viên gạch corundum αβ nung chảy

Gạch corundum αβ nung chảy bao gồm khoảng 50% α-Al2O3 và β-Al2O3, và hai tinh thể này đan xen vào nhau tạo thành cấu trúc rất đặc, có khả năng chống ăn mòn kiềm mạnh tuyệt vời. Khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao (trên 1350°C) hơi kém hơn so với gạch AZS nung chảy, nhưng ở nhiệt độ dưới 1350°C, khả năng chống ăn mòn đối với thủy tinh nóng chảy của nó tương đương với gạch AZS nung chảy. Vì không chứa Fe2O3, TiO2 và các tạp chất khác, pha thủy tinh nền rất nhỏ, và các tạp chất như bọt khí ít có khả năng xuất hiện khi tiếp xúc với thủy tinh nóng chảy, do đó thủy tinh nền sẽ không bị ô nhiễm.

Gạch corundum αβ nung chảy có cấu trúc tinh thể đặc chắc và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời đối với thủy tinh nóng chảy dưới 1350°C, vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi trong bể làm việc và các khu vực khác của lò nấu chảy thủy tinh, thường được dùng trong máng dẫn, gạch môi lò, gạch cửa lò, v.v. Gạch corundum nung chảy tốt nhất thế giới được sản xuất bởi Toshiba của Nhật Bản.

1.2 Gạch corundum β nung chảy

Gạch β-corundum nung chảy được cấu tạo gần như 100% từ β-Al2O3, và có cấu trúc tinh thể β-Al2O3 dạng tấm lớn. Kích thước lớn hơn nhưng độ bền kém hơn. Tuy nhiên, mặt khác, nó có khả năng chống bong tróc tốt, đặc biệt là khả năng chống ăn mòn cực cao đối với hơi kiềm mạnh, vì vậy nó được sử dụng trong cấu trúc phía trên của lò nấu thủy tinh. Tuy nhiên, khi được nung nóng trong môi trường có hàm lượng kiềm thấp, nó sẽ phản ứng với SiO2, và β-Al2O3 sẽ dễ bị phân hủy và gây co thể tích dẫn đến nứt vỡ, vì vậy nó được sử dụng ở những nơi xa khu vực phân tán nguyên liệu thủy tinh.

1.3 Tính chất vật lý và hóa học của gạch corundum αβ và β nung chảy

Thành phần hóa học của gạch corundum α-β và β nung chảy chủ yếu là Al2O3, sự khác biệt chủ yếu nằm ở thành phần pha tinh thể, và sự khác biệt về cấu trúc vi mô dẫn đến sự khác biệt về các tính chất vật lý và hóa học như mật độ khối, hệ số giãn nở nhiệt và cường độ nén.

2. Ứng dụng gạch corundum nung chảy trong lò nấu thủy tinh

Cả đáy và thành bể đều tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng thủy tinh. Đối với tất cả các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với chất lỏng thủy tinh, đặc tính quan trọng nhất của vật liệu chịu nhiệt là khả năng chống ăn mòn, nghĩa là không xảy ra phản ứng hóa học giữa vật liệu chịu nhiệt và chất lỏng thủy tinh.

Trong những năm gần đây, khi đánh giá các chỉ tiêu chất lượng của vật liệu chịu lửa nung chảy tiếp xúc trực tiếp với thủy tinh nóng chảy, ngoài thành phần hóa học, các chỉ tiêu vật lý và hóa học, và thành phần khoáng chất, ba chỉ tiêu sau đây cũng phải được đánh giá: chỉ số kháng ăn mòn thủy tinh, chỉ số bọt khí kết tủa và chỉ số kết tinh kết tủa.

Với yêu cầu ngày càng cao về chất lượng thủy tinh và công suất sản xuất của lò nung lớn hơn, việc sử dụng gạch nung điện sẽ ngày càng phổ biến. Gạch nung thường được sử dụng trong lò nấu chảy thủy tinh là gạch nung серии AZS (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂). Khi nhiệt độ của gạch AZS trên 1350℃, khả năng chống ăn mòn của nó gấp 2-5 lần so với gạch αβ-Al₂O₃. Gạch corundum αβ nung được cấu tạo từ các hạt mịn α-alumina (53%) và β-alumina (45%) xếp chồng khít nhau, chứa một lượng nhỏ pha thủy tinh (khoảng 2%), lấp đầy các lỗ rỗng giữa các tinh thể, có độ tinh khiết cao, và có thể được sử dụng làm gạch tường bể làm mát, gạch lát đáy bể làm mát và gạch nối, v.v.

Thành phần khoáng chất của gạch corundum αβ nung chảy chỉ chứa một lượng nhỏ pha thủy tinh, sẽ không rò rỉ ra ngoài và làm ô nhiễm chất lỏng thủy tinh trong quá trình sử dụng, đồng thời có khả năng chống ăn mòn tốt và khả năng chống mài mòn ở nhiệt độ cao tuyệt vời dưới 1350°C. Nó được sử dụng làm bộ phận làm mát của lò nấu thủy tinh. Đây là vật liệu chịu lửa lý tưởng cho thành bể, đáy bể và máng dẫn của lò nấu thủy tinh nổi. Trong các dự án kỹ thuật lò nấu thủy tinh nổi, gạch corundum αβ nung chảy được sử dụng làm gạch tường bể của bộ phận làm mát của lò nấu thủy tinh. Ngoài ra, gạch corundum αβ nung chảy cũng được sử dụng làm gạch lát nền và gạch ốp mạch trong khu vực làm mát.

Gạch corundum β nung chảy là một sản phẩm màu trắng được cấu tạo từ các tinh thể thô β-Al2O3, chứa 92%~95% Al2O3, chỉ có dưới 1% pha thủy tinh, và độ bền cấu trúc của nó tương đối yếu do mạng tinh thể lỏng lẻo. Độ xốp biểu kiến ​​thấp, dưới 15%. Vì bản thân Al2O3 bão hòa natri trên 2000°C, nên nó rất ổn định đối với hơi kiềm ở nhiệt độ cao, và độ ổn định nhiệt của nó cũng rất tốt. Tuy nhiên, khi tiếp xúc với SiO2, Na2O có trong β-Al2O3 bị phân hủy và phản ứng với SiO2, và β-Al2O3 dễ dàng chuyển hóa thành α-Al2O3, dẫn đến sự co thể tích lớn, gây ra nứt và hư hỏng. Do đó, nó chỉ thích hợp cho các kết cấu thượng tầng nằm ngoài khu vực có bụi SiO2 bay, chẳng hạn như kết cấu thượng tầng của bể làm việc trong lò nấu thủy tinh, vòi phun ở phía sau khu vực nấu chảy và tường chắn gần đó, việc san phẳng lò nhỏ và các bộ phận khác.

Vì nó không phản ứng với các oxit kim loại kiềm dễ bay hơi, nên sẽ không có vật liệu nóng chảy rò rỉ từ bề mặt gạch làm ô nhiễm thủy tinh. Trong lò nấu chảy thủy tinh nổi, do cửa vào của kênh dẫn dòng ở phần làm mát bị thu hẹp đột ngột, nên dễ xảy ra hiện tượng ngưng tụ hơi kiềm tại đây. Vì vậy, kênh dẫn dòng ở đây được làm bằng gạch β nung chảy có khả năng chống ăn mòn bởi hơi kiềm.

3. Kết luận

Nhờ các đặc tính vượt trội của gạch corundum nung chảy về khả năng chống ăn mòn thủy tinh, chống tạo bọt và chống vỡ vụn, đặc biệt là cấu trúc tinh thể độc đáo, nó hầu như không gây ô nhiễm thủy tinh nóng chảy. Nó có nhiều ứng dụng quan trọng trong băng tải làm sạch, bộ phận làm mát, đường dẫn, lò nung nhỏ và các bộ phận khác.