摘要：介紹玻璃窯爐用超低滲出鋯剛玉磚的制備過程，分析了理化指標(biāo)和用途。此磚降低了玻璃相滲出量，可延長鋯剛玉磚在特定玻璃窯爐中的使用壽命，尤其適用于特種玻璃窯爐和純氧燃燒窯爐上部結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：電熔鋯剛玉；玻璃相；滲出量

　電熔鋯剛玉磚以其優(yōu)越的抗侵蝕性能和對玻璃液的低污染性，廣泛應(yīng)用于各類玻璃窯爐，是可直接與玻璃液接觸的最關(guān)鍵的耐火材料之一。近年來，隨著玻璃工業(yè)的不斷進(jìn)步，玻璃窯爐向大型化發(fā)展，日熔化率和日出料量增加，玻璃熔化和澄清的溫度升高，對玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高。這些發(fā)展變化帶來的是玻璃窯爐火焰空間溫度提高，這對玻璃窯爐上部結(jié)構(gòu)中使用的電熔鋯剛玉磚提出了更高的要求，尤其是玻璃相滲出量性能指標(biāo)。例如純氧燃燒窯爐，要求其上部結(jié)構(gòu)的胸墻、大碹選用的鋯剛玉磚具有極強(qiáng)的抗堿蒸汽、抗飛料、較好的抗蠕變性能，從而確保窯爐安全運(yùn)行，同時減少電熔磚對玻璃的污染。

 １ 電熔鋯剛玉磚的使用性能電熔鋯剛玉磚是將原料高溫熔融，澆鑄到鑄型中保溫退火，冷卻后加工而成的產(chǎn)品。根據(jù) Al2O3－ZrO2－SiO2系三元相圖，在凝固過程中熔融液體先析出ZrO2初晶，料液中達(dá)到ZrO2和 Al2O3斜鋯石－剛玉共晶體 比 例 時，形 成 斜 鋯 石－剛 玉 共 晶 體 骨 架 結(jié) 構(gòu)，最 后SiO2、NaO 與 Al2O3形成玻璃相，少量的 Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、Ｆｅ２ Ｏ３、TiO2等雜質(zhì)也進(jìn)入玻璃相中，填充于斜鋯石－剛玉共晶體的骨架間起到緩解斜鋯石相變應(yīng)力的作用。

    在使用鋯剛玉磚過程中，磚材中的玻璃相在高溫下部分滲出，形成空隙，窯爐內(nèi)玻璃液滲入并與鋯剛玉磚接觸層中殘余的玻璃相發(fā)生置換。通常情況下，斜鋯石－剛玉共晶體會以同等速度熔到玻璃液中。因此，鋯剛玉 磚的玻璃相滲出性能直接影響磚材的抗侵蝕性和玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量。

    玻璃窯爐上部結(jié)構(gòu)是平衡窯內(nèi)溫度和排出廢氣的保障，為了減少散熱損失，需要采取保溫措施，因而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的環(huán)境溫度不斷升高。上部結(jié)構(gòu)鋯剛玉磚的侵蝕現(xiàn)象主要是玻璃相滲出和來自玻璃配合料飛料、堿及棚揮發(fā)物的侵蝕。盡管上述兩種蝕損作用產(chǎn)生的機(jī)理不同，但會發(fā)生疊加和重合，甚至相互影響。當(dāng)玻璃相滲出量過大時，會加快耐火材料侵蝕造成節(jié)瘤或脫落，形成玻璃缺陷從而直接影響到玻璃質(zhì)量。

    另外，當(dāng)玻璃窯爐從空氣助燃改用全氧燃燒技術(shù)后，上部結(jié)構(gòu)所處空間氣氛的化學(xué)組成發(fā)生了很大的變化，其中水蒸氣的體積濃度約增大３倍，堿揮發(fā)物的體積濃度増至３～６倍。在高溫、水蒸氣和堿揮發(fā)物增多的情況下，加劇了耐火材料的侵蝕。

    玻璃窯爐上部結(jié)構(gòu)用的熔鑄鋯剛玉磚除經(jīng)受玻璃窯爐高溫負(fù)荷之外，還要抵御來自玻璃配合料的飛料和特殊玻璃組成中揮發(fā)物的物理沖刷和化學(xué)侵蝕。因此，在材料的開發(fā)過程中應(yīng)對材料的玻璃相滲出行為、滲出量加以重點(diǎn)考慮。對玻璃窯爐上部結(jié)構(gòu)用熔鑄鋯剛玉磚的研制必須進(jìn)行材料合理設(shè)計(jì)，控制其成分和組織結(jié)構(gòu)，及其生產(chǎn)制造工藝，以開發(fā)具有較低玻璃相含量與滲出量的低滲出熔鑄鋯剛玉磚。

    熔鑄鋯剛玉磚中，SiO2、NaO 是玻璃相的主要成份，決定著熔鑄鋯剛玉磚中玻璃相的含量，減少SiO2和NaO 含量則可以降低玻璃相的含量，從而降低玻璃相的滲出量。同時，F(xiàn)e2O3和 TiO2雜質(zhì)成份，以及熔化澆鑄過程中石墨電極、樹脂砂型的滲碳污染，都會在高溫下氧化驅(qū)動材料中的玻璃相滲出。因此，在料方設(shè)計(jì)中，要降低SiO2和 NaO 含量，控制 Fe2O3和 TiO2雜質(zhì)帶入；同時，在生產(chǎn)制造過程中，要優(yōu)化生產(chǎn)工藝，減少石墨電極、樹脂砂型的滲碳污染。

 ２ 超低滲出鋯剛玉磚的工藝設(shè)計(jì)

    按照 Al2O3－ZrO2－SiO2三元系相圖，為了使主晶相為剛玉相、斜鋯石相和斜鋯石剛玉共析體，其原料組成應(yīng)處于ZrO2－３Al2O3２SiO2－Al2O3的組成區(qū)域。同時，防止 Fe2O3和 TiO2雜質(zhì)成份，以及熔化澆鑄過程中石墨電極、樹脂砂型的滲碳污染，在高溫下氧化驅(qū)動材料中玻璃相的滲出［２］，將以下述方式制備超低滲出鋯剛玉磚。 

２．１ 原材料化學(xué)指標(biāo)要求

α氧化鋁：Al2O3≥９９．５％；Fe2O3≤０．１％；TiO2≤０．１２％；真密度≥３．９７ｇ／ｃｍ３；灼減≤０．５％；粒度為１２０～３２５目。

鋯英砂：ZrO2≥６５．５％；SiO2≤３２．６％；TiO2≤０．１３％；Fe2O3≤０．１％。

精石英：SiO2≥９９．５％；Fe2O3≤０．０５％；粒度為４０～６０目。

重質(zhì)純堿：Ｎａ２ＣＯ３≥９８．５％。 

２．２ 配料按照表１的配方設(shè)計(jì)稱量４種配料，然后放入錐形攪拌機(jī)內(nèi)混合攪拌１０ｍｉｎ，最后將混合料放入料罐內(nèi)待用。

２．３ 加料

通過加料機(jī)將混合料加入剛玉電弧爐內(nèi)，每爐加料量為１８００ｋｇ，采用均勻分布加料的方法，加料時間控制在８～１０ｍｉｎ。 

２．４ 熔化工藝

熔化過程分為五個階段，每個階段有詳細(xì)的工藝要求２．５ 澆鑄及退火

將制作好的砂模放入保溫箱中，用保溫砂填充四周，傾動電爐將熔化好的料液澆注到砂模中，澆鑄完成后，上部用保溫砂覆蓋，確保保溫效果。澆鑄溫度為１８２０～１８４０ ℃，澆鑄速度為１５～２０ｋｇ／ｓ。采用箱式自然退火工藝，退火時間根據(jù)磚材大小而不同，一般控制在 ８～１５ｄ，待磚體與室溫一致即可出箱。 ３ 超低滲出鋯剛玉磚的理化指標(biāo)

通過３組配方設(shè)計(jì)，從化學(xué)成分、晶相組成和玻璃相滲出量等方面與普通電熔鋯剛玉磚進(jìn)行對比。 

３．１ 理化指標(biāo)

超低滲出鋯剛玉產(chǎn)品仍以主成分 Al2O3、ZrO2、SiO2為主，屬于電熔鋯剛玉系列，但是其化學(xué)成分和晶相組成與現(xiàn)有的電熔 ＡＺＳ產(chǎn)品存在明顯的差異?，F(xiàn)有的電熔 ＡＺＳ產(chǎn)品關(guān)注的重點(diǎn)是獲得最高的抗玻璃液侵蝕能力，期望形成更多的鋁鋯共析體和少量的玻璃相，適用于玻璃熔窯的池壁、鋪底、流液洞等和玻璃液接觸的部位。而超低滲出鋯剛玉產(chǎn)品重點(diǎn)關(guān)注玻璃相析出溫度和滲出量等，避免對玻璃液產(chǎn)生污染，最佳使用部位是窯爐的火焰空間。因此，晶相組成與現(xiàn)有電 熔 ＡＺＳ產(chǎn) 品 不 同，更希望形成部分鋁鋯共析體，同時有更多的剛玉相進(jìn)入到玻璃相中，形成特殊的晶相組成和微觀結(jié)構(gòu)。

３．２ 玻璃相滲出量

將超低滲出鋯剛玉產(chǎn)品與普通熔鑄鋯剛玉產(chǎn)品及低硅低鈉鋯剛玉磚在１５５０ ℃下 進(jìn) 行１０個 熱 循 環(huán) 周 期 的玻璃相滲出測試，超低滲出鋯剛玉的玻璃相滲出量明顯降低（圖２），且三個配方中配方１性能最佳，玻璃相滲出量小于０．５％。 

４ 結(jié)語

隨著玻璃工業(yè)的發(fā)展，玻璃質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，窯爐上部結(jié)構(gòu)環(huán)境負(fù)荷日趨苛刻，開發(fā)具有玻璃相較低含量與低滲出量的熔鑄鋯剛玉磚是提高玻璃窯爐使用壽命，尤其是上部結(jié)構(gòu)的熔鑄鋯剛玉耐火材料使用性能及壽命的關(guān)鍵。本研究通過料方優(yōu)化設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝控制制備了低滲出熔鑄鋯剛玉磚，降低了玻璃相含量和滲出量，這將有利于減少和消除玻璃缺陷，提高玻璃產(chǎn)品質(zhì)量，延長窯爐使用壽命，在實(shí)踐中得到以下經(jīng)驗(yàn)：

１）通過調(diào)整配方和改進(jìn)生產(chǎn)工藝，有效改善了玻璃相的組成和結(jié)構(gòu)，是玻璃相滲出量及滲出溫度得到改善的主要原因。

 ２）低玻璃相滲出熔鑄鋯剛玉樣品玻璃相滲出溫度可達(dá)１４３０ ℃以上，玻璃相滲出量降低到０．５％左右。 

３）如果該產(chǎn)品形成系列化并可替代目前使用的普通 ＡＺＳ應(yīng)用玻璃窯爐，將明顯減少熔鑄耐火材料中的玻璃相滲出，降低熔鑄耐火材料對玻璃的污染，提升玻璃的質(zhì)量。 

４）玻璃窯爐新技術(shù)的推廣和發(fā)展，促使熔鑄耐火材料行業(yè)要優(yōu)化現(xiàn)有的熔鑄耐火材料品種，還要針對性地研發(fā)具有特殊性能的熔鑄材料，以實(shí)現(xiàn)玻璃窯爐的最佳配置。