CN108218192A - 耐低铁玻璃侵蚀的电熔azs砖 - Google Patents

耐低铁玻璃侵蚀的电熔azs砖 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，属于耐火材料领域。所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，由下列质量分数的物质组成：ZrO2：31‑45％；SiO2：9‑14％；Na2O：0.6‑1.9％；掺杂氧化物：0.5‑16.5％，余量为氧化铝。所述的掺杂氧化物为Y2O3、Ta2O5、Nb2O5或SrO中的一种或几种。制得的电熔AZS砖具有良好的耐侵蚀性、较低的气孔率和较高的承受斜锆石相变应力的能力，较普通AZS砖，耐侵蚀性提高30％以上，玻璃相渗出率降低30％。

Description

耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖
技术领域
本发明涉及一种耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，属于耐火材料领域。
背景技术
低铁玻璃在高档建筑、家具及太阳能技术领域具有广泛的应用，因此近年来得到极快的发展，生产该品种玻璃的窑炉与普通浮法玻璃窑炉结构基本相同。通常浮法玻璃窑炉中对电熔AZS池壁砖的侵蚀以液面线处最为严重，液面线下侵蚀逐渐减弱，但在低铁玻璃窑炉中因玻璃的铁含量低，玻璃液透热性强，玻璃液上下温差小，对池壁砖的侵蚀呈现出整体性，对池壁砖上下两端侵蚀都极为严重，此外因为低铁玻璃粘度低，对池壁砖缝处的侵蚀也非常严重。电熔AZS砖制造过程中遵循由外向内，由下向上的逐层冷却顺序，池壁砖上端液面线部位组织致密，耐侵蚀性强，而下端的致密性则较上端差。电熔AZS砖的这种结构特点，导致在低铁玻璃窑炉运行中容易发生中下部的漏料问题，不得不进行热修或停炉，导致严重的经济损失，并且存在人员安全问题。所以对于低铁玻璃窑炉而言，需要提高现有电熔AZS砖的耐侵蚀性。
作为现有的技术方案，国外公司推出了ER2010RIC产品，该产品中通过添加3wt.％的Y2O3来减少电熔AZS砖的膨胀率，使得高温下砖缝减小，以此减小低铁玻璃对砖缝的侵蚀。国内专利CN106588057A中同样采取了添加Y2O3降低膨胀量来增强砖材稳定性的技术方案。但以上方案都是针对砖缝处的侵蚀而采取的措施，对于如何提高电熔AZS砖的整体侵蚀，并没有提出相应的解决方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，具有良好的耐侵蚀性、较低的气孔率和较高的承受斜锆石相变应力的能力。
为了全面提高电熔AZS砖的耐低铁玻璃的侵蚀性，需要采取更有效的技术方案。一方面通过配方改善，提高电熔AZS砖材质的耐侵蚀性；另一方面通过工艺改善，降低电熔AZS砖的气孔率，从而达到提高整体耐侵蚀性的目的。
常见电熔AZS砖中含有31-45wt.％的ZrO2，0.6-1.9wt.％的Na2O，9-14wt.％的SiO2，Al2O3用来补足余量，在这些成分中，ZrO2形成斜锆石相，Al2O3形成刚玉相，SiO2、Na2O形成玻璃相，其中斜锆石相与刚玉相形成交织的结构，玻璃相填充其中。在电熔AZS砖的使用过程中，熔融的玻璃液首先与电熔AZS砖中的玻璃相发生置换反应，将玻璃相替换掉后，玻璃液填充到空隙中，然后玻璃液再逐渐溶解掉电熔砖中的刚玉相，最后溶解掉斜锆石相。在低铁玻璃中置换反应的速度较普通浮法玻璃中的速度要快很多，因此要提高电熔AZS砖整体的耐侵蚀性只有减慢置换反应才能实现。对于特定成分的玻璃来说，其溶解玻璃相、刚玉相与斜锆石相的速度是一定的，要改变刚玉相、斜锆石相在玻璃液中的溶解速度难度非常大，而玻璃相的置换反应速度则可以通过引入不同的物质，调节高温下玻璃液的粘度来达到。
本发明在电熔AZS砖中引入高熔点的氧化物，提高玻璃相的粘度，从而减缓玻璃相的置换反应速度，达到提高电熔AZS砖耐侵蚀性的目的，同时确保电熔砖的裂纹发生率在可接受的范围内。
本发明所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，由下列质量分数的物质组成：
ZrO2：31-45％；
SiO2：9-14％；
Na2O：0.6-1.9％；
掺杂氧化物：0.5-16.5％，余量为氧化铝。
所述的掺杂氧化物为Y2O3、Ta2O5、Nb2O5或SrO中的一种或几种。
最佳耐侵蚀考虑，优选Nb2O5与Y2O3的混合物或者SrO与Y2O3的混合物，从成本考虑，优选Nb2O5或SrO。
所述的Y2O3添加量为2.5-6.5wt％。
优选的，所述的Y2O3添加量为3-6wt.％。
更优选的，所述的Y2O3添加量为3.5-4.5wt.％。
Y2O3在氧化锆增韧方面具有良好的效果，通常含量在2-3mol％之间，当其含量在3mol％时，氧化锆陶瓷材料力学性能达到最优。但对于电熔AZS砖来说，Y2O3大部分会溶解在玻璃相中，导致与氧化锆形成固溶体的比例降低，因此增大其含量。
所述的Nb2O5添加量为1.5-5.5wt.％。
优选的，所述的Nb2O5添加量为2.5-4.5wt.％。
更优选的，所述的Nb2O5添加量为3.0-4.0wt.％。
所述的Ta2O5添加量为0.5-1.5wt.％；SrO添加量为0.5-3wt.％。
优选的，所述的Ta2O5添加量为0.8-1.0wt.％；SrO添加量为1.0-2.5wt.％。
更优选的，所述的SrO添加量为1.0-2.0wt.％。
Ta2O5、Nb2O5和SrO在AZS电熔砖中同样会溶解在玻璃相中，但能够促进斜锆石相与刚玉相的共晶结构，提高氧化锆、氧化铝在玻璃相中的溶解度，提高玻璃相的高温粘度，从而减缓在低铁玻璃中的置换反应速度，达到增强耐侵蚀性的目的。但其含量过低时效果不显著，过高时则产品裂纹严重，难以制造。
本发明电熔AZS砖的制造方法，包括以下步骤：
1)将各种原料及掺杂氧化物按照配比混合后，加入电弧炉中；
2)采用三相电极进行熔化，熔化完成后吹氧澄清，然后浇铸到事先打制好的模型中；
3)通过可控的冷却退火后得到所需要的素材，并通过金刚石磨具加工后得到最终形状；
4)适用于低铁玻璃窑炉的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、1500℃下耐低铁玻璃静态侵蚀量低于1.0mm/24hr，耐侵蚀性较普通AZS提高30％以上；
2、1500℃*20hr条件下玻璃相渗出量小于2.5％，较普通AZS降低30％；
3、1600℃*72hr条件下玻璃相渗出量低于5.0％，较普通AZS降低30％；
4、裂纹率低于5％，通常情况下，玻璃相粘度提高后，产品的裂纹率会增加，但本发明产品的合格率在90％以上，是因为玻璃相粘度提高后，能承受更大的斜锆石相变应力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
将配方中含有31-45wt％的ZrO2，9-14wt％的SiO2，0.6-1.9wt％的Na2O组分的原料投入到三相电弧炉中，再至少投入一种质量范围如下的掺杂氧化物组分，其余用氧化铝补足；Y2O3：2.5-6.5％；Ta2O5：0.5-1.5％；Nb2O5:1.5-5.5％；SrO:0.5-3.0％。
浇铸成300*300*300的AZS砖块，每个配方浇铸数量20-70块，冷却加工后进行测试，分析项目参考JC/T493-2015的标准，耐侵蚀、玻璃相渗出量测试条件根据低铁玻璃窑炉的实际情况进行调整，裂纹规格按照JC/T493-2015执行，并认为裂纹率在≤10％以下属于允许范围，测试结果如表1所示。
上述实施例表明：添加高熔点掺杂氧化物能够有效提高电熔AZS砖的耐低铁玻璃侵蚀性。本发明产品的侵蚀量均远低于JC/T493-2015中的侵蚀标准，是非常适合低铁玻璃窑炉使用的，如果应用于普通浮法玻璃窑炉，使用寿命会更长。
实施例4-14表明采用Y2O3时，随着比例的增加，耐侵蚀性增强，但比例＞6.5wt.％时，裂纹率明显增加，含量在3.5-4.5wt.％之间时裂纹率低，侵蚀量与玻璃相渗出量较低。
实施例16-25表明Nb2O5≥5.5wt.％时，裂纹率有增加的趋势，含量在3-4wt.％时各项指标处于最佳范围。
实施例26，28-31表明Ta2O5≥1.5wt.％时，裂纹率急剧上升，含量在1wt.％时各项指标处于最佳范围。
实施例33-42表明，加入SrO对增强耐侵蚀性及降低1500℃下玻璃相渗出量有明显作用，但加入量在3wt.％以上时裂纹率激增。
通过分析表明本发明的产品特别适用于低铁玻璃窑炉，如常见的光伏压延玻璃窑炉、超白玻璃窑炉等；当然在普通浮法玻璃窑炉中使用会具有更长的使用寿命。

Claims (8)

1.一种耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，其特征在于：由下列质量分数的物质组成：
ZrO2：31-45％；
SiO2：9-14％；
Na2O：0.6-1.9％；
掺杂氧化物：0.5-16.5％，余量为氧化铝。
2.根据权利要求1所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，其特征在于：掺杂氧化物为Y2O3、Ta2O5、Nb2O5或SrO中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，其特征在于：Y2O3添加量为2.5-6.5wt.％。
4.根据权利要求3所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，其特征在于：Y2O3添加量为3-6wt.％。
5.根据权利要求2所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，其特征在于：Nb2O5添加量为1.5-5.5wt.％。
6.根据权利要求5所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，其特征在于：Nb2O5添加量为2.5-4.5wt.％。
7.根据权利要求2所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，其特征在于：Ta2O5添加量为0.5-1.5wt.％；SrO的添加量为0.5-3wt.％。
8.根据权利要求7所述的耐低铁玻璃侵蚀的电熔AZS砖，其特征在于：Ta2O5添加量为0.8-1.0wt.％；SrO添加量为1.0-2.5wt.％。
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