Anwendung von geschmolzenen Korundsteinen im Floatglas-Schmelzofen

Geschmolzene KorundziegelAluminiumoxid wird in einem Elektrolichtbogenofen geschmolzen und in eine vorgegebene Form gegossen. Nach dem Glühen und der Wärmebehandlung wird das gewünschte Produkt hergestellt. Im Allgemeinen wird hochreines, kalziniertes Aluminiumoxid (über 95 %) mit geringen Mengen an Additiven in den Elektrolichtbogenofen gegeben und nach dem Schmelzen bei über 2300 °C in vorgefertigte Formen gegossen. Nach dem Glühen wird der Rohling entnommen und durch präzise Kaltbearbeitung, Vormontage und Endkontrolle zum fertigen Produkt verarbeitet.

Schmelzkorundsteine ​​werden anhand ihrer unterschiedlichen Kristallformen und Aluminiumoxidmengen in drei Typen unterteilt: α-Korundsteine ​​bestehen hauptsächlich aus α-Al₂O₃; αβ-Korundsteine ​​enthalten überwiegend α-Al₂O₃ und β-Al₂O₃; und β-Korundsteine ​​bestehen hauptsächlich aus β-Al₂O₃. In Floatglas-Schmelzöfen werden üblicherweise Schmelzkorundsteine ​​des zweiten und dritten Typs verwendet. Dieser Artikel befasst sich mit den physikalischen und chemischen Eigenschaften von αβ- und β-Korundsteinen sowie deren Anwendung in Floatglas-Schmelzöfen.

1. Leistungsanalyse von geschmolzenen Korundziegeln

1. 1 Geschmolzener αβ-Korundziegel

Geschmolzene αβ-Korundsteine ​​bestehen zu etwa 50 % aus α-Al₂O₃ und β-Al₂O₃. Die beiden Kristallarten sind miteinander verwoben und bilden eine sehr dichte Struktur mit ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber starker Alkalikorrosion. Die Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen (über 1350 °C) ist etwas geringer als die von geschmolzenen AZS-Steinen, jedoch ist sie bei Temperaturen unter 1350 °C mit der von geschmolzenen AZS-Steinen vergleichbar. Da sie kein Fe₂O₃, TiO₂ oder andere Verunreinigungen enthalten, ist die Matrixglasphase sehr klein. Dadurch ist die Bildung von Fremdkörpern wie Blasen beim Kontakt mit geschmolzenem Glas unwahrscheinlich, sodass die Matrixglasphase nicht verunreinigt wird.

Geschmolzene αβ-Korundsteine ​​zeichnen sich durch hohe Kristalldichte und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit gegenüber geschmolzenem Glas unter 1350 °C aus. Daher finden sie breite Anwendung im Arbeitsbecken und darüber hinaus von Glasschmelzöfen, üblicherweise in Rinnen, Randsteinen, Torsteinen usw. Die weltweit besten geschmolzenen Korundsteine ​​werden von der japanischen Firma Toshiba hergestellt.

1.2 Geschmolzener β-Korundziegel

Geschmolzene β-Korundsteine ​​bestehen nahezu vollständig aus β-Al₂O₃ und weisen eine große, plättchenförmige β-Al₂O₃-Kristallstruktur auf. Sie sind größer und weniger fest. Andererseits besitzen sie eine gute Abplatzbeständigkeit und insbesondere eine extrem hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber starken Alkalidämpfen. Daher werden sie im oberen Bereich von Glasschmelzöfen eingesetzt. Beim Erhitzen in einer Atmosphäre mit niedrigem Alkaligehalt reagiert β-Korund jedoch mit SiO₂, wodurch es leicht zu einer Zersetzung des β-Al₂O₃ und damit zu Volumenschrumpfung und Rissbildung kommt. Aus diesem Grund werden sie nur an Orten eingesetzt, die weit von der Streuung von Glasrohstoffen entfernt liegen.

1.3 Physikalische und chemische Eigenschaften von geschmolzenen αβ- und β-Korundziegeln

Die chemische Zusammensetzung von geschmolzenen α-β- und β-Korundziegeln besteht hauptsächlich aus Al₂O₃, der Unterschied liegt hauptsächlich in der Kristallphasenzusammensetzung, und der Unterschied in der Mikrostruktur führt zu Unterschieden in den physikalischen und chemischen Eigenschaften wie Rohdichte, Wärmeausdehnungskoeffizient und Druckfestigkeit.

2. Anwendung von geschmolzenen Korundsteinen in Glasschmelzöfen

Sowohl der Boden als auch die Wände des Beckens stehen in direktem Kontakt mit der Glasschmelze. Für alle Teile, die direkt mit der Glasschmelze in Berührung kommen, ist die Korrosionsbeständigkeit die wichtigste Eigenschaft des feuerfesten Materials, d. h. es darf keine chemische Reaktion zwischen dem feuerfesten Material und der Glasschmelze stattfinden.

In den letzten Jahren müssen bei der Beurteilung der Qualitätsindikatoren von geschmolzenen feuerfesten Werkstoffen, die in direktem Kontakt mit geschmolzenem Glas stehen, neben der chemischen Zusammensetzung, den physikalisch-chemischen Indikatoren und der mineralischen Zusammensetzung auch die folgenden drei Indikatoren beurteilt werden: der Glaserosionsbeständigkeitsindex, der Index für ausgefällte Blasen und der Index für ausgefällte Kristallisation.

Mit steigenden Anforderungen an die Glasqualität und höherer Produktionskapazität der Öfen wird der Einsatz von Schmelzkokillen zunehmen. Gängige Schmelzkokillen für Glasschmelzöfen sind solche der AZS-Serie (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂). Bei Temperaturen über 1350 °C ist die Korrosionsbeständigkeit von AZS-Korund 2- bis 5-mal höher als die von αβ-Al₂O₃-Korund. αβ-Korund-Schmelzkokillen bestehen aus dicht gepackten, feinen α-Aluminiumoxid- (53 %) und β-Aluminiumoxid-Partikeln (45 %). Sie enthalten einen geringen Anteil an Glasphase (ca. 2 %), der die Poren zwischen den Kristallen ausfüllt, und zeichnen sich durch hohe Reinheit aus. Sie eignen sich unter anderem für Kühlbeckenwände, Kühlbeckenbodenplatten und Fugensteine.

Die mineralische Zusammensetzung von geschmolzenen αβ-Korundsteinen enthält nur einen geringen Anteil an Glasphase, die während des Gebrauchs nicht austritt und die Glasschmelze verunreinigt. Sie weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichnete Verschleißfestigkeit bei Temperaturen unter 1350 °C auf. Sie werden im Kühlbereich von Glasschmelzöfen eingesetzt und sind ein ideales feuerfestes Material für die Wände, Böden und Rinnen von Floatglasschmelzöfen. Im Anlagenbau von Floatglasschmelzöfen werden geschmolzene αβ-Korundsteine ​​als Beckenwandsteine ​​im Kühlbereich verwendet. Darüber hinaus dienen sie auch als Decksteine ​​und Fugenabdeckungen im Kühlbereich.

Geschmolzener β-Korundziegel ist ein weißes Produkt aus groben β-Al₂O₃-Kristallen mit einem Al₂O₃-Gehalt von 92–95 % und einem Glasphasenanteil von unter 1 %. Aufgrund des lockeren Kristallgitters ist seine Festigkeit relativ gering. Die scheinbare Porosität liegt unter 15 %. Da Al₂O₃ oberhalb von 2000 °C mit Natrium gesättigt ist, ist es bei hohen Temperaturen sehr stabil gegenüber Alkalidampf und weist eine ausgezeichnete thermische Stabilität auf. Bei Kontakt mit SiO₂ zersetzt sich jedoch das im β-Al₂O₃ enthaltene Na₂O und reagiert mit SiO₂. Dabei wandelt sich β-Al₂O₃ leicht in α-Al₂O₃ um, was zu einer starken Volumenschrumpfung und somit zu Rissen und Beschädigungen führt. Daher eignet es sich nur für Aufbauten, die nicht von fliegendem SiO2-Staub betroffen sind, wie zum Beispiel den Aufbau des Arbeitsbeckens eines Glasschmelzofens, den Auslauf an der Rückseite der Schmelzzone und die nahegelegene Brüstung, kleine Ofennivellierungs- und andere Teile.

Da es nicht mit flüchtigen Alkalimetalloxiden reagiert, tritt kein geschmolzenes Material von der Ziegeloberfläche aus und verunreinigt das Glas. Im Floatglas-Schmelzofen kann es aufgrund der plötzlichen Verengung des Einlasses des Kühlkanals leicht zur Kondensation von Alkalidampf kommen. Daher besteht der Kühlkanal aus geschmolzenen β-Steinen, die gegenüber Alkalidampf korrosionsbeständig sind.

3. Schlussfolgerung

Aufgrund der hervorragenden Eigenschaften von Schmelzkorundsteinen hinsichtlich Glaserosionsbeständigkeit, Schaumbeständigkeit und Steinbeständigkeit, insbesondere ihrer einzigartigen Kristallstruktur, verunreinigt sie flüssiges Glas kaum. Sie findet wichtige Anwendung in Klärbändern, Kühlbereichen, Kanälen, Kleinöfen und anderen Bauteilen.