Applicazione di mattoni di corindone fuso in un forno di fusione per vetro float

Mattoni di corindone fusoL'allumina viene fusa in un forno ad arco elettrico e colata in uno stampo prestabilito di forma specifica, quindi ricotta e mantenuta a caldo, e infine lavorata per ottenere il prodotto desiderato. Il processo di produzione generale prevede l'utilizzo di allumina calcinata ad alta purezza (superiore al 95%) e una piccola quantità di additivi, l'inserimento degli ingredienti in un forno ad arco elettrico e la colata in stampi prefabbricati dopo la fusione ad alta temperatura superiore a 2300 °C, quindi il mantenimento a caldo. Dopo la ricottura, il pezzo viene estratto e il grezzo estratto diventa un prodotto finito che soddisfa i requisiti dopo una precisa lavorazione a freddo, preassemblaggio e ispezione.

I mattoni di corindone fuso si dividono in tre tipologie in base alle diverse forme cristalline e quantità di allumina: la prima è costituita da α-Al2O3 come fase cristallina principale, e viene chiamata mattoni di corindone α; la seconda è costituita da α-Al2O3 e β-Al2O3 in proporzioni pressoché uguali, e viene chiamata mattoni di corindone αβ; la terza tipologia è costituita principalmente da β-Al2O3, e viene chiamata mattoni di corindone β. I mattoni di corindone fuso comunemente utilizzati nei forni di fusione del vetro float sono rispettivamente del secondo e del terzo tipo, ovvero mattoni di corindone fuso αβ e mattoni di corindone β. Questo articolo si concentrerà sulle proprietà fisiche e chimiche dei mattoni di corindone fuso αβ e β e sulla loro applicazione nei forni di fusione del vetro float.

1. Analisi delle prestazioni dei mattoni di corindone fuso

1. 1 Mattone di corindone αβ fuso

I mattoni di corindone αβ fuso sono composti per circa il 50% da α-Al2O3 e β-Al2O3, e i due cristalli sono intrecciati a formare una struttura molto densa, che presenta un'eccellente resistenza alla corrosione da alcali forti. La resistenza alla corrosione ad alta temperatura (superiore a 1350 °C) è leggermente inferiore a quella dei mattoni AZS fusi, ma a temperature inferiori a 1350 °C, la sua resistenza alla corrosione da vetro fuso è equivalente a quella dei mattoni AZS fusi. Poiché non contiene Fe2O3, TiO2 e altre impurità, la fase vetrosa della matrice è molto ridotta e la formazione di corpi estranei come bolle è meno probabile che si verifichino a contatto con il vetro fuso, in modo che il vetro della matrice non venga contaminato.

I mattoni di corindone αβ fuso presentano una cristallizzazione densa e un'eccellente resistenza alla corrosione del vetro fuso a temperature inferiori a 1350 °C; per questo motivo sono ampiamente utilizzati nella vasca di lavoro e nelle aree circostanti dei forni di fusione del vetro, solitamente per canali di colata, mattoni di rivestimento, mattoni per cancelli, ecc. I migliori mattoni di corindone fuso al mondo sono prodotti dalla giapponese Toshiba.

1.2 Mattone di corindone β fuso

I mattoni di corindone β fuso sono composti quasi al 100% da β-Al2O3 e presentano una struttura cristallina a grandi lamelle. Sono più grandi e meno resistenti. D'altra parte, hanno una buona resistenza alla scheggiatura e mostrano un'elevatissima resistenza alla corrosione da vapori alcalini forti, per questo vengono utilizzati nella struttura superiore dei forni di fusione del vetro. Tuttavia, se riscaldati in un'atmosfera con basso contenuto di alcali, reagiscono con la SiO2 e il β-Al2O3 si decompone facilmente, causando una contrazione volumetrica che può provocare crepe e fessure; per questo motivo vengono utilizzati in luoghi lontani dalla dispersione delle materie prime del vetro.

1.3 Proprietà fisiche e chimiche dei mattoni di corindone αβ e β fusi

La composizione chimica dei mattoni di corindone α-β e β fusi è principalmente Al₂O₃; la differenza risiede principalmente nella composizione della fase cristallina, e la differenza nella microstruttura determina la differenza nelle proprietà fisiche e chimiche, come la densità apparente, il coefficiente di dilatazione termica e la resistenza alla compressione.

2. Applicazione di mattoni di corindone fuso nei forni di fusione del vetro

Sia il fondo che le pareti della vasca sono a diretto contatto con il liquido vetroso. Per tutte le parti a diretto contatto con il liquido vetroso, la proprietà più importante del materiale refrattario è la resistenza alla corrosione, ovvero l'assenza di reazioni chimiche tra il materiale refrattario e il liquido vetroso.

Negli ultimi anni, nella valutazione degli indicatori di qualità dei materiali refrattari fusi a diretto contatto con il vetro fuso, oltre alla composizione chimica, agli indicatori fisico-chimici e alla composizione minerale, è necessario valutare anche i seguenti tre indicatori: indice di resistenza all'erosione del vetro, indice di precipitazione delle bolle e indice di precipitazione della cristallizzazione.

Con l'aumento dei requisiti di qualità del vetro e la maggiore capacità produttiva dei forni, l'utilizzo di mattoni fusi elettrici si diffonderà sempre di più. I mattoni fusi comunemente utilizzati nei forni di fusione del vetro sono quelli della serie AZS (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂). Quando la temperatura dei mattoni AZS supera i 1350 °C, la loro resistenza alla corrosione è da 2 a 5 volte superiore a quella dei mattoni αβ-Al₂O₃. I mattoni fusi di corindone αβ sono composti da particelle fini di α-allumina (53%) e β-allumina (45%) strettamente sfalsate, contenenti una piccola quantità di fase vetrosa (circa il 2%), che riempie i pori tra i cristalli, con elevata purezza, e possono essere utilizzati come mattoni per le pareti delle vasche di raffreddamento, mattoni per il fondo delle vasche di raffreddamento e mattoni per le giunzioni, ecc.

La composizione minerale dei mattoni di corindone αβ fuso contiene solo una piccola quantità di fase vetrosa, che non fuoriesce e non contamina il vetro fuso durante l'uso, e presenta una buona resistenza alla corrosione e un'eccellente resistenza all'usura ad alta temperatura al di sotto di 1350 °C. È un materiale ideale per la parte di raffreddamento del forno di fusione del vetro e per le pareti, il fondo e i canali di scolo dei forni di fusione del vetro float. Nei progetti di ingegneria dei forni di fusione del vetro float, i mattoni di corindone αβ fuso vengono utilizzati come mattoni per le pareti della vasca di fusione nella sezione di raffreddamento. Inoltre, i mattoni di corindone αβ fuso sono impiegati anche come mattoni di pavimentazione e mattoni di copertura dei giunti nella sezione di raffreddamento.

Il mattone di corindone β fuso è un prodotto bianco composto da cristalli grossolani di β-Al2O3, contenente il 92%~95% di Al2O3, con solo meno dell'1% di fase vetrosa, e la sua resistenza strutturale è relativamente debole a causa del reticolo cristallino lasso. La porosità apparente è bassa, inferiore al 15%. Poiché l'Al2O3 è saturo di sodio al di sopra dei 2000 °C, è molto stabile ai vapori alcalini ad alte temperature e presenta un'eccellente stabilità termica. Tuttavia, a contatto con la SiO2, il Na2O contenuto nel β-Al2O3 si decompone e reagisce con la SiO2, trasformando facilmente il β-Al2O3 in α-Al2O3, con conseguente notevole contrazione volumetrica, formazione di crepe e danni. Pertanto, è adatto solo per sovrastrutture lontane dalla polvere di SiO2, come la sovrastruttura della vasca di lavoro di un forno per la fusione del vetro, il beccuccio nella parte posteriore della zona di fusione e il parapetto adiacente, il livellamento di piccoli forni e altre parti.

Poiché non reagisce con gli ossidi volatili dei metalli alcalini, non si verificherà alcuna fuoriuscita di materiale fuso dalla superficie del mattone che possa contaminare il vetro. Nel forno di fusione del vetro float, a causa del brusco restringimento dell'ingresso del canale di flusso della sezione di raffreddamento, è facile che si verifichi la condensazione del vapore alcalino in questo punto; pertanto, il canale di flusso in questa zona è realizzato in mattoni β fusi, resistenti alla corrosione da vapore alcalino.

3. Conclusion

Grazie alle eccellenti proprietà dei mattoni di corindone fuso in termini di resistenza all'erosione del vetro, alla schiuma e alla corrosione da pietre, e in particolare alla loro particolare struttura cristallina, difficilmente contaminano il vetro fuso. Trovano importanti applicazioni nei nastri di chiarificazione, nelle sezioni di raffreddamento, nei canali di colata, nei piccoli forni e in altri componenti.