Düz cam eritme fırınında eritilmiş korindon tuğlasının uygulanması

Erimiş korundum tuğlalarElektrik ark fırınında eritilen alümina, belirli bir şekle sahip önceden hazırlanmış bir kalıba dökülür, tavlanır ve ısıl işlemden geçirilir, ardından istenen ürünü elde etmek için işlenir. Genel üretim süreci, yüksek saflıkta kalsine alümina (%95'in üzerinde) ve az miktarda katkı maddesi kullanılarak, malzemelerin elektrik ark fırınına konulması ve 2300 °C'nin üzerindeki yüksek bir sıcaklıkta eritildikten sonra önceden hazırlanmış kalıplara dökülmesidir. Daha sonra ısıl işlemden geçirilir, fırından çıkarılır ve çıkarılan ham madde, hassas soğuk işleme, ön montaj ve incelemeden sonra gereksinimleri karşılayan nihai bir ürün haline gelir.

Ergitilmiş korundum tuğlalar, alüminanın farklı kristal formlarına ve miktarlarına göre üç tipe ayrılır: birincisi, ana kristal fazı α-Al2O3 olan ve α-korundum tuğlalar olarak adlandırılanlardır; ikincisi, esas olarak aynı oranda α-Al2O3 ve β-Al2O3 kristal fazlarının bulunduğu ve αβ korundum tuğlalar olarak adlandırılanlardır; üçüncüsü ise esas olarak β-Al2O3 kristal fazının bulunduğu ve β korundum tuğlalar olarak adlandırılanlardır. Düz cam eritme fırınlarında yaygın olarak kullanılan ergitilmiş korundum tuğlalar, ikinci ve üçüncü tipler, yani ergitilmiş αβ korundum tuğlalar ve β korundum tuğlalardır. Bu makale, ergitilmiş αβ korundum tuğlaların ve β korundum tuğlaların fiziksel ve kimyasal özelliklerine ve düz cam eritme fırınlarındaki uygulamalarına odaklanacaktır.

1. Ergitilmiş korindon tuğlaların performans analizi

1. 1 Kaynaşmış αβ korundum tuğla

Erimiş αβ korundum tuğlalar yaklaşık %50 α-Al2O3 ve β-Al2O3'ten oluşur ve iki kristal birbirine geçerek çok yoğun bir yapı oluşturur; bu da mükemmel güçlü alkali korozyon direncine sahiptir. Yüksek sıcaklıklarda (1350°C'nin üzerinde) korozyon direnci, erimiş AZS tuğlalara göre biraz daha düşüktür, ancak 1350°C'nin altındaki sıcaklıklarda erimiş cama karşı korozyon direnci, erimiş AZS tuğlalarla eşdeğerdir. Fe2O3, TiO2 ve diğer safsızlıkları içermediği için, matris cam fazı çok küçüktür ve erimiş camla temas ettiğinde kabarcık gibi yabancı maddelerin oluşma olasılığı daha düşüktür, bu nedenle matris cam kirlenmez.

Erimiş αβ korundum tuğlalar, yoğun kristalleşmeye sahiptir ve 1350°C'nin altındaki erimiş cama karşı mükemmel korozyon direnci gösterir; bu nedenle cam eritme fırınlarının çalışma havuzunda ve ötesinde, genellikle oluklarda, kenar tuğlalarında, kapı tuğlalarında vb. yaygın olarak kullanılırlar. Dünyadaki en iyi erimiş korundum tuğlalar Japonya'nın Toshiba firması tarafından üretilmektedir.

1.2 Kaynaştırılmış β korundum tuğla

Erimiş β-korundum tuğlalar neredeyse %100 β-Al₂O₃'ten oluşur ve büyük, plaka benzeri bir β-Al₂O₃ kristal yapısına sahiptir. Daha büyük ve daha az güçlüdür. Ancak diğer yandan, özellikle güçlü alkali buharına karşı son derece yüksek korozyon direnci gösterdiğinden, cam eritme fırınının üst yapısında kullanılır. Bununla birlikte, düşük alkali içeriğine sahip bir atmosferde ısıtıldığında, SiO₂ ile reaksiyona girer ve β-Al₂O₃ kolayca ayrışarak hacim büzülmesine ve çatlaklara neden olur; bu nedenle cam hammaddelerinin dağılmasından uzak yerlerde kullanılır.

1.3 Erimiş αβ ve β korundum tuğlalarının fiziksel ve kimyasal özellikleri

Erimiş α-β ve β korundum tuğlalarının kimyasal bileşimi esas olarak Al₂O₃'tür; farklılık esas olarak kristal faz bileşimindedir ve mikro yapıdaki farklılık, yoğunluk, termal genleşme katsayısı ve basınç dayanımı gibi fiziksel ve kimyasal özelliklerde farklılığa yol açar.

2. Erimiş korundum tuğlalarının cam eritme fırınlarında kullanımı

Havuzun hem tabanı hem de duvarı doğrudan camsı sıvı ile temas halindedir. Camsı sıvı ile doğrudan temas eden tüm parçalar için, refrakter malzemenin en önemli özelliği korozyon direncidir, yani refrakter malzeme ile camsı sıvı arasında kimyasal reaksiyon meydana gelmez.

Son yıllarda, erimiş camla doğrudan temas halindeki kaynaştırılmış refrakter malzemelerin kalite göstergeleri değerlendirilirken, kimyasal bileşim, fiziksel ve kimyasal göstergeler ve mineral bileşimine ek olarak, aşağıdaki üç gösterge de değerlendirilmelidir: cam aşınma direnci indeksi, çökelme kabarcığı indeksi ve çökelme kristalleşme indeksi.

Cam kalitesine yönelik daha yüksek gereksinimler ve fırının üretim kapasitesinin artmasıyla birlikte, eritilmiş elektrik tuğlalarının kullanımı daha da yaygınlaşacaktır. Cam eritme fırınlarında yaygın olarak kullanılan eritilmiş tuğlalar, AZS serisi (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂) eritilmiş tuğlalardır. AZS tuğlasının sıcaklığı 1350℃'nin üzerinde olduğunda, korozyon direnci αβ-Al₂O₃ tuğlasına göre 2 ila 5 kat daha fazladır. Erimiş αβ korundum tuğlaları, birbirine yakın yerleştirilmiş α-alümina (%53) ve β-alümina (%45) ince parçacıklarından oluşur ve kristaller arasındaki gözenekleri dolduran az miktarda cam fazı (%2 civarında) içerir; yüksek saflığa sahiptir ve soğutma bölümü havuz duvar tuğlaları, soğutma bölümü taban döşeme tuğlaları ve derz tuğlaları vb. olarak kullanılabilir.

Ergitilmiş αβ korundum tuğlalarının mineral bileşimi, kullanım sırasında sızıp cam sıvısını kirletmeyecek kadar az miktarda cam fazı içerir ve 1350 °C'nin altında iyi korozyon direnci ve mükemmel yüksek sıcaklık aşınma direncine sahiptir. Cam eritme fırınının soğutma bölümünde kullanılır. Düz cam eritme fırınlarının tank duvarları, tank tabanları ve olukları için ideal bir refrakter malzemedir. Düz cam eritme fırını mühendislik projelerinde, ergitilmiş αβ korundum tuğlası, cam eritme fırınının soğutma bölümünün havuz duvar tuğlası olarak kullanılır. Ayrıca, ergitilmiş αβ korundum tuğlaları, soğutma bölümünde döşeme tuğlaları ve derz dolgu tuğlaları olarak da kullanılır.

Erimiş β-korundum tuğla, %92-95 oranında Al₂O₃ içeren ve %1'den az cam fazı barındıran, iri β-Al₂O₃ kristallerinden oluşan beyaz bir üründür. Gevşek kristal kafesi nedeniyle yapısal dayanımı nispeten zayıftır ve görünür gözenekliliği %15'ten azdır. Al₂O₃'ün kendisi 2000°C'nin üzerinde sodyum ile doygun hale geldiğinden, yüksek sıcaklıklarda alkali buharına karşı çok kararlıdır ve termal kararlılığı da mükemmeldir. Bununla birlikte, SiO₂ ile temas ettiğinde, β-Al₂O₃'te bulunan Na₂O ayrışır ve SiO₂ ile reaksiyona girer ve β-Al₂O₃ kolayca α-Al₂O₃'e dönüşerek büyük hacimsel büzülmeye, çatlaklara ve hasara neden olur. Bu nedenle, yalnızca SiO2 uçuşan tozundan uzak üst yapılar için uygundur; örneğin, cam eritme fırınının çalışma havuzunun üst yapısı, eritme bölgesinin arkasındaki ağızlık ve yakınındaki korkuluk, küçük fırın düzleme ve diğer kısımlar gibi.

Uçucu alkali metal oksitlerle reaksiyona girmediği için, tuğla yüzeyinden erimiş malzeme sızarak camı kirletmez. Düz cam eritme fırınında, soğutma bölümünün akış kanalının girişinin aniden daralması nedeniyle, burada alkali buharın yoğunlaşmasına kolayca neden olunabilir; bu nedenle buradaki akış kanalı, alkali buharın korozyonuna dayanıklı erimiş β tuğlalardan yapılmıştır.

3. Sonuç

Erimiş korundum tuğlalarının cam aşınmasına, köpürmeye ve taş oluşumuna karşı mükemmel özellikleri, özellikle de eşsiz kristal yapısı sayesinde, erimiş camı neredeyse hiç kirletmez. Bu nedenle arıtma bandı, soğutma bölümü, kanal, küçük fırın ve diğer parçalarda önemli uygulamaları bulunmaktadır.