使用后熔鑄β 氧化鋁平碹再利用的分析研究

李篤斌，李志軍，商宜農(nóng)，郭其皓，郭嘉利，徐敬寒，寧國強

（淄博艾杰旭剛玉材料有限公司，淄博255200）

1 前言

浮法玻璃窯爐中流道入口上部平碹采用的是熔鑄β 氧化鋁產(chǎn)品，該類產(chǎn)品主要成分是氧化鋁與氧化鈉，主晶相為顯微結(jié)構(gòu)呈板狀的β-氧化鋁［1］，結(jié)構(gòu)式Na2O·11Al2O3。該類產(chǎn)品用在窯爐成型部位，需要承擔(dān)上部山墻結(jié)構(gòu)的重量，使用溫度較低。使用一個周期（8 年左右）后目視檢查發(fā)現(xiàn)除表面略顯藍(lán)色外結(jié)構(gòu)完整，因此有部分玻璃廠家有重復(fù)再利用一個窯期的想法，基于此要求進行了相關(guān)的分析研究。

2 外觀觀察

對使用后的整套平碹拆除后進行目視觀察，產(chǎn)品無明顯的碰損，結(jié)構(gòu)完整，但個別磚材底部有裂紋，磚與磚之間縫隙良好。處于窯爐內(nèi)側(cè)的一面，表面藍(lán)色較明顯；窯爐外側(cè)的一面發(fā)藍(lán)情況要略差；磚材底面呈現(xiàn)出天藍(lán)色，與兩側(cè)顏色略有不同。表面顏色層厚度大概在2～5mm 之間，切斷后觀察不到顏色的逐層變化（見圖1）。

3 樣品分析

3.1 分析方式

圖1 使用后產(chǎn)品外觀

圖2 取樣部位圖

取其中一塊平碹磚居中切斷后，選一側(cè)，按照上、中、下位置從表面切割成厚50mm，寬100mm，長度150mm 的試樣塊，然后從試塊中間左側(cè)表皮0～10mm 取樣進行化學(xué)成分分析，中間右側(cè)表皮取40mm×40mm×40mm 樣品進行顯氣孔率、體密、耐壓強度等物理指標(biāo)分析，通過對比內(nèi)外相同高度部位相關(guān)指標(biāo)的差別，判斷是否能夠再利用，取樣部位詳見圖2?；瘜W(xué)成分采用RIX2100 Primus ⅡZSX100e 熒光分析儀進行分析，顯氣孔率、體密的分析按照GB/T 2998 標(biāo)準(zhǔn)進行，耐壓強度按照GB/T 5072 標(biāo)準(zhǔn)進行。

3.2 化學(xué)成分分析

化學(xué)成分的分析見表1。上表中氧化硅的含量在0.34～0.38%之間，與原產(chǎn)品成分控制范圍相比增加很多，原產(chǎn)品中幾乎不含氧化硅，推測是由玻璃窯爐中玻璃蒸汽侵蝕導(dǎo)致。氧化鋁與氧化鈉含量變化不大，在原產(chǎn)品成分控制范圍內(nèi)。

表1 化學(xué)成分的分析結(jié)果（wt%）

表2 顯氣孔率、體密、耐壓強度

3.3 物理指標(biāo)分析

顯氣孔率、體密、耐壓強度測定結(jié)果見表2。將內(nèi)外側(cè)相同位置分析結(jié)果整理后進行對比，結(jié)果見圖3、圖4、圖5。

從對比結(jié)果看，外側(cè)氣孔率低于內(nèi)側(cè)氣孔率，外側(cè)體密高于內(nèi)側(cè)體密，推測與內(nèi)側(cè)受到玻璃蒸汽的侵蝕相關(guān)，內(nèi)側(cè)溫度高，侵蝕速度快，外側(cè)溫度較低，侵蝕速度較慢。

β-氧化鋁產(chǎn)品強度較低，JC/T494 中規(guī)定大于等于30MPa 就符合要求，從表中看到除底部外各處強度均低于JC/T494 的要求，而且內(nèi)側(cè)強度明顯低于外側(cè)強度。

圖3 氣孔率變化

圖4 體密度變化

圖5 強度變化

3.4 顯微結(jié)構(gòu)觀察

對比內(nèi)外側(cè)底部相同位置表皮的顯微結(jié)構(gòu)如圖6、圖7 所示。

從內(nèi)側(cè)底部照片看，表面的晶型分布情況發(fā)生了變化，應(yīng)該全部為粗大板狀結(jié)晶的結(jié)構(gòu)變成了內(nèi)部含有細(xì)粒狀的顯微結(jié)構(gòu)， 推測原因是由于β-剛玉相與蒸汽發(fā)生了反應(yīng)［2］，氧化鈉與蒸汽中的氧化硅發(fā)生了反應(yīng)，反應(yīng)式為：Na2O·11Al2O3+SiO2→11Al2O3+ SiO2·Na2O。

圖6 外側(cè)底部顯微照片

圖7 內(nèi)側(cè)底部顯微照片

4 結(jié)論

因為平碹結(jié)構(gòu)需要承擔(dān)上部山墻的重量，所以其強度需要特別注意。從分析結(jié)果看，使用后的產(chǎn)品抗壓強度明顯降低，再次使用存在較大風(fēng)險。從顯微結(jié)構(gòu)看，晶型結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，這種變化會導(dǎo)致穩(wěn)定性的降低。綜合以上，雖然重復(fù)利用可以節(jié)約一定的費用，但從玻璃窯爐安全運行看，不建議再次使用。