Penerapan Bata Korundum Fusi dalam Tungku Peleburan Kaca Apung

Batu bata korundum leburanAlumina dilebur dalam tungku busur listrik dan dicetak ke dalam model tertentu dengan bentuk spesifik, dianil dan dipertahankan suhunya, kemudian diproses untuk mendapatkan produk yang diinginkan. Proses produksi umumnya menggunakan alumina kalsinasi kemurnian tinggi (di atas 95%) dan sejumlah kecil aditif, memasukkan bahan-bahan tersebut ke dalam tungku busur listrik, dan mencetaknya ke dalam cetakan yang telah dibuat sebelumnya setelah dilebur pada suhu tinggi di atas 2300 °C, kemudian dipertahankan suhunya tetap hangat setelah dianil, lalu dikeluarkan, dan hasil cetakan tersebut menjadi produk jadi yang memenuhi persyaratan setelah pengerjaan dingin yang presisi, perakitan awal, dan inspeksi.

Batu bata korundum leburan dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan bentuk kristal dan jumlah alumina yang berbeda: pertama, α-Al2O3 sebagai fase kristal utama, disebut batu bata α-korundum; kedua, fase kristal α-Al2O3 dan β-Al2O3 sebagian besar memiliki kandungan yang sama, yang disebut batu bata αβ-korundum; jenis ketiga, terutama fase kristal β-Al2O3, disebut batu bata β-korundum. Batu bata korundum leburan yang umum digunakan dalam tungku peleburan kaca apung adalah jenis kedua dan ketiga, yaitu batu bata korundum leburan αβ dan batu bata korundum β. Artikel ini akan berfokus pada sifat fisik dan kimia batu bata korundum leburan αβ dan batu bata korundum β serta aplikasinya dalam tungku peleburan kaca apung.

1. Analisis kinerja batu bata korundum leburan

1. 1 Bata korundum αβ yang dilebur

Batu bata korundum αβ leburan tersusun dari sekitar 50% α-Al2O3 dan β-Al2O3, dan kedua kristal tersebut saling bertautan membentuk struktur yang sangat padat, yang memiliki ketahanan korosi alkali kuat yang sangat baik. Ketahanan korosi pada suhu tinggi (di atas 1350°C) sedikit lebih buruk daripada batu bata AZS leburan, tetapi pada suhu di bawah 1350°C, ketahanan korosinya terhadap kaca cair setara dengan batu bata AZS leburan. Karena tidak mengandung Fe2O3, TiO2, dan pengotor lainnya, fase kaca matriks sangat kecil, dan benda asing seperti gelembung cenderung tidak terjadi ketika bersentuhan dengan kaca cair, sehingga kaca matriks tidak akan terkontaminasi.

Batu bata korundum αβ leburan memiliki kristalisasi yang padat dan ketahanan korosi yang sangat baik terhadap kaca cair di bawah 1350°C, sehingga banyak digunakan di kolam kerja dan di luarnya dari tungku peleburan kaca, biasanya pada saluran air, batu bata bibir, batu bata pintu, dll. Batu bata korundum leburan terbaik di dunia diproduksi oleh Toshiba dari Jepang.

1.2 Bata korundum β leburan

Batu bata β-korundum leburan tersusun dari hampir 100% β-Al2O3, dan memiliki struktur kristal β-Al2O3 berbentuk lempeng besar. Ukurannya lebih besar dan kurang kuat. Namun di sisi lain, ia memiliki ketahanan pengelupasan yang baik, terutama menunjukkan ketahanan korosi yang sangat tinggi terhadap uap alkali kuat, sehingga digunakan pada struktur atas tungku peleburan kaca. Namun, ketika dipanaskan dalam atmosfer dengan kandungan alkali rendah, ia akan bereaksi dengan SiO2, dan β-Al2O3 akan mudah terurai dan menyebabkan penyusutan volume yang mengakibatkan retak dan pecah, sehingga digunakan di tempat yang jauh dari penyebaran bahan baku kaca.

1.3 Sifat fisik dan kimia dari bata korundum αβ dan β hasil peleburan

Komposisi kimia dari batu bata korundum α-β dan β yang dilebur terutama adalah Al2O3, perbedaannya terutama terletak pada komposisi fase kristal, dan perbedaan dalam struktur mikro menyebabkan perbedaan dalam sifat fisik dan kimia seperti densitas curah, koefisien ekspansi termal, dan kekuatan tekan.

2. Penerapan bata korundum leburan dalam tungku peleburan kaca

Baik dasar maupun dinding kolam bersentuhan langsung dengan cairan kaca. Untuk semua bagian yang bersentuhan langsung dengan cairan kaca, sifat terpenting dari bahan tahan api adalah ketahanan terhadap korosi, yaitu, tidak terjadi reaksi kimia antara bahan tahan api dan cairan kaca.

Dalam beberapa tahun terakhir, ketika menilai indikator kualitas material refraktori leburan yang bersentuhan langsung dengan kaca cair, selain komposisi kimia, indikator fisik dan kimia, serta komposisi mineral, tiga indikator berikut juga harus dinilai: indeks ketahanan erosi kaca, indeks gelembung endapan, dan indeks kristalisasi endapan.

Dengan meningkatnya persyaratan kualitas kaca dan kapasitas produksi tungku yang lebih besar, penggunaan batu bata leburan listrik akan semakin luas. Batu bata leburan yang umum digunakan dalam tungku peleburan kaca adalah batu bata leburan seri AZS (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂). Ketika suhu batu bata AZS di atas 1350℃, ketahanan korosinya 2~5 kali lebih tinggi daripada batu bata αβ-Al₂O₃. Batu bata korundum αβ leburan terdiri dari partikel halus α-alumina (53%) dan β-alumina (45%) yang tersusun rapat, mengandung sedikit fase kaca (sekitar 2%), mengisi pori-pori di antara kristal, dengan kemurnian tinggi, dan dapat digunakan sebagai batu bata dinding kolam bagian pendingin dan batu bata lantai dasar bagian pendingin serta batu bata sambungan, dll.

Komposisi mineral batu bata korundum αβ leburan hanya mengandung sedikit fase kaca, yang tidak akan merembes keluar dan mencemari cairan kaca selama penggunaan, serta memiliki ketahanan korosi yang baik dan ketahanan aus suhu tinggi yang sangat baik di bawah 1350 °C. Batu bata ini merupakan bagian pendingin dari tungku peleburan kaca. Ini adalah material tahan api yang ideal untuk dinding tangki, dasar tangki, dan saluran pembuangan tungku peleburan kaca apung. Dalam proyek rekayasa tungku peleburan kaca apung, batu bata korundum αβ leburan digunakan sebagai batu bata dinding kolam pada bagian pendingin tungku peleburan kaca. Selain itu, batu bata korundum αβ leburan juga digunakan sebagai batu bata lantai dan batu bata penutup sambungan pada bagian pendingin.

Batu bata korundum β leburan adalah produk berwarna putih yang tersusun dari kristal kasar β-Al2O3, mengandung 92%~95% Al2O3, hanya kurang dari 1% fase kaca, dan kekuatan strukturnya relatif lemah karena kisi kristal yang longgar. Porositas tampak rendah, kurang dari 15%. Karena Al2O3 sendiri jenuh dengan natrium di atas 2000°C, ia sangat stabil terhadap uap alkali pada suhu tinggi, dan stabilitas termalnya juga sangat baik. Namun, ketika bersentuhan dengan SiO2, Na2O yang terkandung dalam β-Al2O3 terurai dan bereaksi dengan SiO2, dan β-Al2O3 mudah berubah menjadi α-Al2O3, mengakibatkan penyusutan volume yang besar, menyebabkan retak dan kerusakan. Oleh karena itu, metode ini hanya cocok untuk struktur bagian atas yang jauh dari debu SiO2 yang beterbangan, seperti struktur bagian atas kolam kerja tungku peleburan kaca, cerat di bagian belakang zona peleburan dan parapet di dekatnya, perataan tungku kecil, dan bagian-bagian lainnya.

Karena tidak bereaksi dengan oksida logam alkali yang mudah menguap, tidak akan ada material cair yang merembes dari permukaan batu bata dan mencemari kaca. Pada tungku peleburan kaca apung, karena penyempitan mendadak pada saluran masuk aliran bagian pendingin, mudah terjadi kondensasi uap alkali di sini, sehingga saluran aliran di sini terbuat dari batu bata β leburan yang tahan terhadap korosi oleh uap alkali.

3. Kesimpulan

Berdasarkan sifat-sifat unggul dari bata korundum leburan dalam hal ketahanan terhadap erosi kaca, ketahanan terhadap busa, dan ketahanan terhadap batu, terutama struktur kristalnya yang unik, bata ini hampir tidak mencemari kaca cair. Terdapat aplikasi penting dalam sabuk penjernihan, bagian pendinginan, saluran pengalir, tungku kecil, dan bagian-bagian lainnya.