基板玻璃窯爐電熔高鋯磚關(guān)鍵性能研究

趙龍江 楊威 徐劍 王答成 徐莉華

（彩虹顯示器件股份有限公司 咸陽 712000）

0 引言

電熔高鋯磚作為基板玻璃氣電混合窯爐池壁及池底的主流應(yīng)用材料，隨著高世代基板玻璃引出量增大，流速增大對(duì)池壁及池底的沖刷作用加劇，因此窯爐電熔高鋯磚在玻璃熔化過程中不可避免地受到高溫玻璃液的侵蝕及窯爐各種電化學(xué)氣氛的侵蝕，造成窯爐壽命降低［1-3］，所以研究窯爐用電熔高鋯磚的關(guān)鍵性能指標(biāo)如熱膨脹性能、體積電阻率、抗玻璃液侵蝕性能及發(fā)泡性能，對(duì)窯爐升溫過程的膨脹管理，延長窯爐壽命及電熔高鋯磚的選材、工藝制定方面都有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

本文通過設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)測試過程，對(duì)兩種不同型號(hào)電熔高鋯磚熱膨脹率、體積電阻率、抗玻璃液侵蝕及發(fā)泡等關(guān)鍵性能進(jìn)行測試對(duì)比研究，選出性能最優(yōu)的電熔高鋯磚材料為產(chǎn)線窯爐的高效穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

1 關(guān)鍵性能研究

1.1 熱膨脹率

將A和B兩種電熔高鋯磚材料加工為矩形結(jié)構(gòu)，測量初始狀態(tài)下樣品的尺寸，從常溫以6 ℃/min升溫至1600 ℃，升溫過程每間隔100 ℃測量一次樣品尺寸，計(jì)算不同溫度下樣品體積和體積膨脹率：

式中：PV——材料體積膨脹率；

V0——材料在室溫下體積；

Vt——材料加熱至試驗(yàn)溫度t時(shí)的體積；

Ak（t）——當(dāng)溫度為t時(shí)，儀器的校正值。

不同溫度下的體積膨脹率如圖1所示。

圖1 兩種電熔高鋯磚材料膨脹率對(duì)比

從圖1可知，兩種材料在1100 ℃以前體積膨脹率均呈上升趨勢，高點(diǎn)達(dá)0.7%左右，在1100 ℃以后A材料體積收縮拐點(diǎn)首先出現(xiàn)，在1200 ℃達(dá)低點(diǎn)0.22%，B材料在約1240 ℃體積收縮率達(dá)低點(diǎn)，約0.08%，通過測試對(duì)比，兩種電熔材料A、B的升溫?zé)崤蛎涄厔莼鞠嗤?/p>

根據(jù)《通知》，房屋具備查驗(yàn)條件后，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)在查驗(yàn)7日前書面通知購房人進(jìn)行查驗(yàn)的日期、地點(diǎn)及應(yīng)當(dāng)攜帶的證件、文件等事項(xiàng)。查驗(yàn)過程中，購房人應(yīng)當(dāng)依據(jù)國家和本市相關(guān)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及施工圖設(shè)計(jì)文件、合同等對(duì)房屋施工質(zhì)量進(jìn)行查驗(yàn)；因故不能親自到場查驗(yàn)的，可出具書面授權(quán)文件，授權(quán)他人或者其他組織辦理，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)配合進(jìn)行查驗(yàn)。

1.2 體積電阻率

基板玻璃氣電混合窯爐在熔化玻璃配合料時(shí)電極要加載電流作用于玻璃液中產(chǎn)生焦耳熱來熔化玻璃液，因此池壁及池底應(yīng)用的電熔高鋯磚在高溫下不能與玻璃液阻值接近產(chǎn)生阻值交互作用。電熔高鋯磚在應(yīng)用于氣電混合窯爐時(shí)首先要關(guān)注材料的高溫體積電阻值才能保障玻璃配合料的高效穩(wěn)定熔化。

將兩種電熔高鋯磚材料A和B外形加工為圓柱狀，圓柱兩端接入鉑金端子，鉑金端子再接入鉑金導(dǎo)線然后將樣品兩端的鉑金導(dǎo)線接入直流雙臂電橋，固定好測試裝置后置于高溫井式爐中，以6 ℃/min的升溫速率升溫至1600 ℃，升溫過程中測量不同溫度下兩種電熔材料對(duì)應(yīng)的電阻值，然后將不同溫度下測量的材料電阻值依據(jù)式（2）計(jì)算不同溫度下兩種電熔材料的高溫體積電阻率，曲線如圖2所示：

圖2 兩種電熔高鋯磚材料高溫體積電阻率

式中： rt——材料在不同溫度t時(shí)體積電阻率；

R——材料電阻值；

L——柱狀材料高度；

D——柱狀材料直徑；

S——柱狀材料截面積。

從圖2可以看出，B材料的體積電阻率在1200～1600 ℃區(qū)間內(nèi)整體較A材料高。

不同溫度下玻璃液高溫體積電阻率見圖3。

圖3 不同溫度下玻璃液高溫體積電阻率

由圖3可知，玻璃液在1600 ℃時(shí)電阻率約為100 W·cm，B材料在1600 ℃電阻率約為240 W·cm，A材料在1600 ℃電阻率約為120 W·cm，考慮電熔高鋯磚在正常使用時(shí)與玻璃液可能產(chǎn)生阻值交換造成窯爐加電過程電流偏移，因此B材料在高溫段的體積電阻率更符合產(chǎn)線運(yùn)行的理論要求。

1.3 抗侵蝕性能

由于電熔高鋯磚材料在基板玻璃窯爐中與高溫玻璃液直接接觸，因此不可避免地要受到高溫玻璃液的沖刷及窯爐各種電化學(xué)氣氛的侵蝕，因此在選材過程中電熔高鋯磚要具有良好的抗玻璃液侵蝕性能才能提高窯爐的運(yùn)行壽命，抗高溫玻璃液侵蝕性能也是電熔高鋯磚材料在基板玻璃窯爐運(yùn)行過程中受到用戶關(guān)注的主要性能指標(biāo)。

將兩種電熔高鋯磚材料A和B加工為12 mm×24 mm×105 mm的外形尺寸，按照?qǐng)D4所設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法將樣品加工為所需尺寸后固定于玻璃液中，將測試電熔材料抗玻璃液侵蝕的裝置置于高溫爐中以6 ℃/min的升溫速率升溫至1650 ℃下保持恒溫狀態(tài)72 h，之后隨爐冷卻，測量兩種電熔材料與玻璃液直接接觸面深度方向上的尺寸變化，考察兩種電熔材料A和B在侵蝕前后的深度變化，測試結(jié)果如表1所示。

表1 兩種材料抗玻璃液侵蝕結(jié)果

圖4 電熔高鋯磚抗侵蝕性能評(píng)價(jià)方法

從表1可知，兩種電熔材料抗玻璃液侵蝕速度基本一樣，與玻璃液高溫作用過程中具有同等的耐玻璃液侵蝕性能。

1.4 發(fā)泡性能

基板玻璃在生產(chǎn)過程中產(chǎn)品要求微米級(jí)缺陷，才能達(dá)到用戶端的指標(biāo)要求，因此對(duì)氣泡、結(jié)石等缺陷的要求也極為嚴(yán)格。由于電熔高鋯磚在基板玻璃窯爐中要與高溫玻璃液直接接觸，二者在交互反應(yīng)的界面對(duì)發(fā)泡的性能要求也極為嚴(yán)格，要求二者在高溫作用下產(chǎn)生的氣泡極少才能滿足玻璃液中殘留的氣泡數(shù)量達(dá)到澄清排泡的要求，因此，電熔高鋯材料與玻璃液高溫作用的發(fā)泡性能也是其在基板玻璃窯爐中正常使用的關(guān)鍵性能指標(biāo)。

將兩種電熔高鋯磚材料A和B加工為5 mm×20 mm×20 mm的薄片狀，薄片上表面放置基板玻璃碎片后，按照?qǐng)D5所設(shè)計(jì)的電熔高鋯磚發(fā)泡性能評(píng)價(jià)方法，置于高溫爐中以6 ℃/min的升溫速率升溫至1600 ℃下保溫2 h，然后隨爐冷卻，考察兩種材料上表面1 mm以上的發(fā)泡個(gè)數(shù)，測試結(jié)果如表2所示。

表2 兩種材料表面玻璃液發(fā)泡結(jié)果

圖5 電熔高鋯磚發(fā)泡性能評(píng)價(jià)方法

從表2可知，兩種電熔高鋯磚材料的發(fā)泡個(gè)數(shù)A材料＞B材料，與基板玻璃液高溫接觸時(shí)B材料的發(fā)泡性能更優(yōu)。

2 結(jié)論

通過設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方法，測試兩種電熔高鋯磚材料A和B的熱膨脹率、體積電阻率、抗玻璃液侵蝕性能及發(fā)泡性能，通過對(duì)比研究，結(jié)果表明：A材料和B材料的升溫過程熱膨脹曲線基本相同，利于產(chǎn)線升溫過程中的膨脹管理；B材料的體積電阻率在1200～1600 ℃區(qū)間內(nèi)整體較A材料高，與玻璃液在此溫度區(qū)間不存在阻值交互點(diǎn)；A和B兩種電熔材料具有同等的耐玻璃液侵蝕性能；高溫狀態(tài)下A和B兩種電熔高鋯磚材料的發(fā)泡個(gè)數(shù)對(duì)比為A材料＞B材料，表明與基板玻璃液高溫接觸時(shí)B材料的發(fā)泡性能更優(yōu)，綜合兩種電熔材料關(guān)鍵性能對(duì)比，B材料在基板玻璃氣電混合型窯爐選材方面更符合高效穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)要求。