การประยุกต์ใช้อิฐคอรันดัมหลอมในเตาหลอมแก้วลอย

อิฐคอรันดัมหลอมกระบวนการผลิตโดยทั่วไปคือ การใช้อลูมินาเผาที่มีความบริสุทธิ์สูง (มากกว่า 95%) และสารเติมแต่งในปริมาณเล็กน้อย ใส่ส่วนผสมลงในเตาหลอมไฟฟ้า แล้วหล่อลงในแม่พิมพ์ที่ทำไว้ล่วงหน้าหลังจากหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงกว่า 2300 องศาเซลเซียส จากนั้นจึงอบให้ร้อนและรักษาอุณหภูมิไว้ แล้วนำออกจากเตาหลอม ชิ้นงานที่ได้จะกลายเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่ตรงตามข้อกำหนดหลังจากผ่านกระบวนการขึ้นรูปเย็น การประกอบเบื้องต้น และการตรวจสอบอย่างแม่นยำ

อิฐคอรันดัมหลอมแบ่งออกเป็นสามประเภทตามรูปแบบผลึกและปริมาณของอะลูมินาที่แตกต่างกัน: ประเภทแรกคือ α-Al2O3 เป็นเฟสผลึกหลัก เรียกว่าอิฐคอรันดัม α; ประเภทที่สองคือเฟสผลึก α-Al2O3 และ β-Al2O3 มีปริมาณใกล้เคียงกัน เรียกว่าอิฐคอรันดัม αβ; และประเภทที่สามคือเฟสผลึก β-Al2O3 เป็นหลัก เรียกว่าอิฐคอรันดัม β อิฐคอรันดัมหลอมที่ใช้กันทั่วไปในเตาหลอมแก้วลอยเป็นประเภทที่สองและสาม กล่าวคือ อิฐคอรันดัม αβ และอิฐคอรันดัม β หลอม บทความนี้จะเน้นไปที่สมบัติทางกายภาพและเคมีของอิฐคอรันดัม αβ และอิฐคอรันดัม β หลอม และการประยุกต์ใช้ในเตาหลอมแก้วลอย

1. การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของอิฐคอรันดัมหลอมเหลว

1. 1 อิฐคอรันดัม αβ หลอมรวม

อิฐคอรันดัม αβ ที่หลอมเหลวประกอบด้วย α-Al2O3 และ β-Al2O3 ประมาณ 50% โดยผลึกทั้งสองชนิดจะสอดประสานกันเป็นโครงสร้างที่หนาแน่นมาก ซึ่งมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนจากด่างได้ดีเยี่ยม ความทนทานต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า 1350°C) จะด้อยกว่าอิฐ AZS ที่หลอมเหลวเล็กน้อย แต่ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1350°C ความทนทานต่อการกัดกร่อนจากแก้วหลอมเหลวจะเทียบเท่ากับอิฐ AZS ที่หลอมเหลว เนื่องจากไม่มี Fe2O3, TiO2 และสิ่งเจือปนอื่นๆ เฟสแก้วในเมทริกซ์จึงมีน้อยมาก และมีโอกาสน้อยที่จะเกิดสิ่งแปลกปลอม เช่น ฟองอากาศ เมื่อสัมผัสกับแก้วหลอมเหลว ดังนั้นแก้วในเมทริกซ์จึงไม่ปนเปื้อน

อิฐคอรันดัม αβ หลอมเหลวมีความหนาแน่นของผลึกสูงและทนต่อการกัดกร่อนจากแก้วหลอมเหลวได้ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1350°C ดังนั้นจึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในบริเวณใช้งานและส่วนอื่นๆ ของเตาหลอมแก้ว โดยทั่วไปจะใช้ในรางลำเลียง อิฐขอบ อิฐประตู ฯลฯ อิฐคอรันดัมหลอมเหลวที่ดีที่สุดในโลกผลิตโดยบริษัทโตชิบาของญี่ปุ่น

1.2 อิฐคอรันดัมเบต้าหลอมรวม

อิฐเบตาคอรันดัมหลอมเหลวประกอบด้วยเบตา-แอลโอแอล (β-Al2O3) เกือบ 100% และมีโครงสร้างผลึกเบตา-แอลโอแอล (β-Al2O3) ขนาดใหญ่คล้ายแผ่น มีขนาดใหญ่และแข็งแรงน้อยกว่า แต่ในทางกลับกัน มีความต้านทานต่อการแตกร้าวได้ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากไอด่างเข้มข้นสูงมาก จึงใช้ในโครงสร้างส่วนบนของเตาหลอมแก้ว อย่างไรก็ตาม เมื่อได้รับความร้อนในบรรยากาศที่มีปริมาณด่างต่ำ เบตา-แอลโอแอล (β-Al2O3) จะทำปฏิกิริยากับซิลิกา (SiO2) และจะสลายตัวได้ง่าย ทำให้เกิดการหดตัวของปริมาตรและเกิดรอยแตกร้าว ดังนั้นจึงใช้ในสถานที่ที่ห่างไกลจากการฟุ้งกระจายของวัตถุดิบแก้ว

1.3 คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของอิฐคอรันดัม αβ และ β ที่หลอมรวมกัน

องค์ประกอบทางเคมีของอิฐคอรันดัม α-β และ β ที่หลอมรวมกันนั้นส่วนใหญ่คือ Al₂O₃ โดยความแตกต่างหลักอยู่ที่องค์ประกอบของเฟสผลึก และความแตกต่างในโครงสร้างจุลภาคส่งผลให้คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี เช่น ความหนาแน่นรวม สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน และความแข็งแรงในการรับแรงอัด แตกต่างกันออกไป

2. การประยุกต์ใช้ก้อนอิฐคอรันดัมหลอมเหลวในเตาหลอมแก้ว

ทั้งพื้นและผนังของสระน้ำสัมผัสโดยตรงกับของเหลวแก้ว สำหรับทุกส่วนที่สัมผัสกับของเหลวแก้วโดยตรง คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของวัสดุทนไฟคือความต้านทานการกัดกร่อน กล่าวคือ ไม่มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นระหว่างวัสดุทนไฟกับของเหลวแก้ว

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เมื่อประเมินตัวชี้วัดคุณภาพของวัสดุทนไฟหลอมเหลวที่สัมผัสโดยตรงกับแก้วหลอมเหลว นอกเหนือจากองค์ประกอบทางเคมี ตัวชี้วัดทางกายภาพและเคมี และองค์ประกอบแร่ธาตุแล้ว ยังต้องประเมินตัวชี้วัดอีกสามประการต่อไปนี้ด้วย ได้แก่ ดัชนีความต้านทานการกัดกร่อนของแก้ว ดัชนีฟองอากาศตกตะกอน และดัชนีการตกผลึกของตะกอน

ด้วยข้อกำหนดด้านคุณภาพแก้วที่สูงขึ้นและกำลังการผลิตของเตาหลอมที่มากขึ้น การใช้อิฐหลอมไฟฟ้าจึงจะแพร่หลายมากขึ้น อิฐหลอมที่ใช้กันทั่วไปในเตาหลอมแก้วคืออิฐหลอมซีรีส์ AZS (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂) เมื่ออุณหภูมิของอิฐ AZS สูงกว่า 1350℃ ความต้านทานการกัดกร่อนจะสูงกว่าอิฐ αβ-Al₂O₃ ถึง 2-5 เท่า อิฐหลอมคอรันดัม αβ ประกอบด้วยอนุภาคละเอียดของ α-อลูมินา (53%) และ β-อลูมินา (45%) ที่เรียงตัวกันอย่างหนาแน่น มีเฟสแก้วเล็กน้อย (ประมาณ 2%) แทรกอยู่ในรูพรุนระหว่างผลึก มีความบริสุทธิ์สูง และสามารถใช้เป็นอิฐผนังสระระบายความร้อน อิฐปูพื้นด้านล่างส่วนระบายความร้อน และอิฐรอยต่อ เป็นต้น

อิฐคอรันดัม αβ หลอมเหลวมีองค์ประกอบทางแร่ที่ประกอบด้วยเฟสแก้วเพียงเล็กน้อย ซึ่งจะไม่ซึมออกมาปนเปื้อนของเหลวแก้วในระหว่างการใช้งาน และมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม รวมถึงทนต่อการสึกหรอที่อุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1350 °C อิฐชนิดนี้ใช้เป็นส่วนระบายความร้อนของเตาหลอมแก้ว เป็นวัสดุทนไฟที่เหมาะสมสำหรับผนังถัง ก้นถัง และรางของเตาหลอมแก้วแบบลอยตัว ในโครงการวิศวกรรมเตาหลอมแก้วแบบลอยตัว อิฐคอรันดัม αβ หลอมเหลวถูกใช้เป็นอิฐผนังบ่อของส่วนระบายความร้อนของเตาหลอมแก้ว นอกจากนี้ อิฐคอรันดัม αβ หลอมเหลวยังใช้สำหรับอิฐปูพื้นและอิฐปิดรอยต่อในส่วนระบายความร้อนอีกด้วย

อิฐคอรันดัม β ที่หลอมเหลวเป็นผลิตภัณฑ์สีขาวที่ประกอบด้วยผลึกหยาบ β-Al2O3 ซึ่งมี Al2O3 อยู่ 92%~95% และมีเฟสแก้วเพียงน้อยกว่า 1% ความแข็งแรงของโครงสร้างค่อนข้างอ่อนแอเนื่องจากโครงผลึกหลวม ความพรุนที่มองเห็นได้น้อยกว่า 15% เนื่องจาก Al2O3 เองอิ่มตัวด้วยโซเดียมที่อุณหภูมิสูงกว่า 2000°C จึงมีความเสถียรต่อไอด่างที่อุณหภูมิสูง และมีความเสถียรทางความร้อนที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม เมื่อสัมผัสกับ SiO2 โซเดียม (Na2O) ที่อยู่ใน β-Al2O3 จะสลายตัวและทำปฏิกิริยากับ SiO2 ทำให้ β-Al2O3 เปลี่ยนเป็น α-Al2O3 ได้ง่าย ส่งผลให้ปริมาตรหดตัวอย่างมาก เกิดรอยแตกและความเสียหาย ดังนั้น จึงเหมาะสำหรับโครงสร้างส่วนบนที่อยู่ห่างจากฝุ่นละอองซิลิกา (SiO2) เท่านั้น เช่น โครงสร้างส่วนบนของบ่อทำงานของเตาหลอมแก้ว ท่อส่งน้ำที่ด้านหลังของโซนหลอมและกำแพงกั้นใกล้เคียง การปรับระดับเตาหลอมขนาดเล็ก และส่วนอื่นๆ

เนื่องจากอิฐชนิดนี้ไม่ทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะอัลคาไลที่ระเหยง่าย จึงไม่มีวัสดุหลอมเหลวไหลซึมออกมาจากพื้นผิวอิฐไปปนเปื้อนแก้ว ในเตาหลอมแก้วลอย เนื่องจากทางเข้าของช่องทางการไหลของส่วนระบายความร้อนแคบลงอย่างกะทันหัน จึงทำให้เกิดการควบแน่นของไอน้ำอัลคาไลน์ได้ง่าย ดังนั้นช่องทางการไหลในส่วนนี้จึงทำจากอิฐเบต้าหลอมเหลวที่ทนต่อการกัดกร่อนจากไอน้ำอัลคาไลน์

3. บทสรุป

อิฐคอรันดัมหลอมมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในด้านความต้านทานการกัดกร่อนของแก้ว ความต้านทานต่อฟอง และความต้านทานต่อหิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงสร้างผลึกที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้แทบไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อแก้วหลอมเหลว จึงมีการใช้งานที่สำคัญในสายพานลำเลียงแก้ว ส่วนระบายความร้อน รางลำเลียง เตาหลอมขนาดเล็ก และชิ้นส่วนอื่นๆ