在玻璃工业中,玻璃熔窑用耐火材料的选择是窑炉使用寿命的一个重要因素,受到人们的广泛重视,窑炉池底大面积使用的锆英砂捣打料就是其中之一,作为池底材料,捣打料既有抗渣性强、整体性好、收缩率小的优点,避免了砖缝的出现,有利于防止玻璃液的渗漏,而且捣打料使用方便,成本低,适应性强。
捣打料基本上由基料,结合料和粘结剂三部分组成,基料是捣打料的主要组成部分,由它构成捣打料的耐火主晶相,决定了捣打料的主要性质,一般占捣打料的90%左右,常选用优质耐火料如锆英砂、烧结或电熔锆刚玉碎料等,结合料的作用主要是促进材质的高温烧结,提高捣打料的高温强度,常采用可塑粘土,粘结剂主要是使混合料易于成形,并产生一定的强度,目前广泛应用的是磷酸二氢铝。
锆英砂捣打料是玻璃熔窑广泛使用的池底保护料,但大多数玻璃厂家对其使用性能尚欠了解,下面我们一起来理论性的对该材料进行分析。
一:锆英砂捣打料的蚀损机理和矿相分析
捣打料蚀损原因来自两方面:
(1)捣打料材质的耐玻璃液侵蚀性,要求捣打料的主晶相具有良好的耐玻璃液侵蚀性能
(2)捣打料表面的致密性,表面的气孔和微裂纹是导致材料蚀损的一个重要因素,由于气孔和微裂纹的毛细管作用,玻璃液将渗入捣打料内部而使侵蚀加剧,这就要求整块捣打料有高的体积稳定性能和良好的致密性。
根据上述蚀损机理,下面分析锆英砂捣打料晶相组成及其生产的条件,从而提出这种捣打料耐玻璃液侵蚀的使用要求。
锆英砂的主要组成锆英石(ZrSiO4),锆英石的理论组成为ZrO2 ≥67.2%,SiO2 ≥32.8%,属四方晶体,真密度为4.6~4.8g/cm³,据化验,锆英石对酸有较好的化学稳定性,但在一定温度下遇到熔融的碱金属氧化物,氢氧化物,碳酸盐等会产生分解。在Na2O作用下,锆英石的分解在900℃就已开始,1200℃迅速分解,分解生成斜锆石(ZrO2)与方石英分解出来的斜锆石为细小的斜锆石团聚体而不成为致密的结构,分解出来的SiO2与Na2O及捣打料中所含的AL2O3生成液相,从而使得捣打料不耐玻璃液的侵蚀,因此要从本质上来提高捣打料的耐玻璃液侵蚀性就要设法尽量减少其中的锆英石相。从锆英砂捣打料的组成(锆英砂90%左右,粘土5%左右,粘结剂5%左右)来看,其化学组成位于AL2O3—ZrO2—SiO2相图中的斜锆石相区,致密的斜锆石相对玻璃液有很好的耐侵蚀能力,锆英石捣打料的配方设计正是试图产生斜锆石相来保证它的耐侵蚀性。
锆英砂捣打料要在使用中产生斜锆石主晶相需要一定的焙烧条件,如选用一般锆英砂,其烧结温度为1550℃以上,温度高些斜锆石晶相生成更快,一般要求在1600℃以上的高温下烧结,若焙烧温度过低,则达不到斜锆石晶相生成条件,斜锆石晶相不会出现或出现很少而成不了主晶相,由于捣打料中粘土的存在,焙烧中产生生成莫来石相的烧结,而锆英石相由于未参加烧结反应而成为主相晶,这种捣打料若遇到玻璃液则必将产生前述的严重侵蚀,捣打料在实际使用中,其烧结反应是在窑炉烤窑时完成的,因此烤窑时的最高温度和保持这个温度的时间是捣打料内能否生成斜锆石主晶相的关键,它直接关系到捣打料的使用性能。
二:对锆英砂捣打料的几点看法。
1:目前捣打料使用时一般不直接接触玻璃液,而是在捣打料上盖一层耐侵蚀性能良好的优质砖作铺面砖。这种使用方法实际上是对捣打料耐侵蚀性能不放心的一种表现,也似乎失去了捣打料的真正使用意义。其实,在这种使用方法中,捣打料只起密封防护作用。所以某些使用单位对捣打料的选用并不重视。
2:从盖有铺面砖的捣打料使用情况看由于盖了一层砖,其捣打料在烤窑时的最高温度至多达到1400℃,根据前面的分析可知这种温度下烧结的锆英砂捣打料不会生成斜锆石主晶相,其性能根本达不到预想的要求。
3:选择优质锆英砂捣打料,并使其配方组成符合生成斜锆石相的要求,若能在烤窑时考虑捣打料的固相反应温度要求,则在窑炉设计中可以取消池底铺面砖,使生成了斜锆石主晶相的捣打料直接接触玻璃液。它确有良好的抗玻璃液侵蚀能力,这种使用方式才是名符其实地使用捣打料,而且取消了铺面砖,可以大大降低筑炉费用。
4:要达到1600℃以上的烤窑温度,对许多窑炉来说是不现实的,所以需要对锆英砂捣打料本身进行改进,通过加入适当矿化剂的方法来降低其生成斜锆石主晶相的反应温度,但这项改进需做大量工作,才能确定加入矿化剂后即能较多地降低希望的反应的温度又尽可能少产生玻璃相的配方。
三:锆英砂捣打料的总结:
(1)锆英砂捣打料就材质而论,确有良好的抗玻璃液侵蚀能力。
(2)要使锆英砂捣打料产生良好的使用效果,主要其使用条件可能更为重要,一般要求烤窑温度达到1600℃才能发生斜锆石主晶相的烧结反应,但是这一温度点也可以再对材质的配比上进行修改完善。