Плавленые литые AZS-кирпичи, сокращенно плавленые литые алюмооксидно-циркониево-кремнеземистые огнеупорные кирпичи, представляют собой высококачественные плавленые огнеупорные материалы, основными химическими компонентами которых являются Al₂O₃, ZrO₂ и SiO₂. Благодаря своей сверхплотной микроструктуре, исключительной устойчивости к коррозии расплавленным стеклом и превосходной высокотемпературной структурной стабильности, плавленые литые AZS-кирпичи стали основным футеровочным материалом для современных высокотемпературных стекловаренных печей. В данной статье систематически рассматриваются сырьевой состав, технология производства, основные физико-химические свойства, основные марки продукции, типичные области промышленного применения и будущие тенденции развития плавленых литых AZS-кирпичей, с целью предоставить всесторонний справочный материал для выбора, применения и технического обновления огнеупорных материалов в высокотемпературных печных производствах.
1. Введение
Высокотемпературные промышленные печи, особенно стекловаренные печи, работают в чрезвычайно суровых условиях: длительное воздействие высоких температур выше 1500°C, сильная химическая коррозия со стороны щелочного расплавленного стекла, частые термические удары, вызванные периодическими колебаниями температуры, и механическое истирание от потоков расплавленного стекла. Традиционные спеченные огнеупорные кирпичи не выдерживают таких жестких условий эксплуатации, подвергаясь быстрой эрозии, отслаиванию материала и проникновению расплавленного стекла, что значительно сокращает срок службы печей и загрязняет стеклянные изделия.
Плавленые литые AZS-кирпичи были разработаны для решения проблемы огнеупорных материалов для стекловаренных печей. В отличие от обычных спеченных огнеупоров, получаемых прессованием и высокотемпературным спеканием, AZS-кирпичи изготавливаются с использованием технологии высокотемпературной плавки в электродуговой печи и цельного литья. Используя цирконовый песок и технически чистый глинозем в качестве основного сырья, эти изделия объединяют преимущества трех оксидных компонентов и восполняют пробел в характеристиках обычных огнеупорных материалов в условиях высокотемпературной коррозии. В настоящее время плавленые литые AZS-кирпичи занимают более 80% рынка огнеупорной футеровки для средних и крупных стекловаренных печей по всему миру, став незаменимым базовым материалом для стекольной промышленности.
2. Сырьевой состав и классификация
2.1 Основные химические компоненты
Аббревиатура AZS соответствует трем ключевым оксидным компонентам: глинозем (Al₂O₃), диоксид циркония (ZrO₂) и диоксид кремния (SiO₂). Высококачественные плавленые литые AZS-кирпичи производятся из высокочистого сырья, без избыточного содержания вредных примесей, таких как оксид железа и оксиды щелочных металлов, которые могут загрязнять расплавленное стекло. Каждый компонент выполняет уникальные функциональные роли:
Диоксид циркония (ZrO₂): Основной функциональный компонент AZS-кирпичей. При реакции с щелочным расплавленным стеклом он образует плотный защитный слой, эффективно блокирующий проникновение и коррозию стекломассы. Он также придает кирпичам выдающуюся термостойкость благодаря упрочнению за счет фазового превращения.
Глинозем (Al₂O₃): Повышает высокотемпературную огнеупорность и механическую прочность на сжатие кирпичей, обеспечивая стабильные структурные характеристики в условиях длительной сверхвысокотемпературной работы.
Диоксид кремния (SiO₂): Оптимизирует микроструктуру плавленых литых кирпичей, снижает внутреннюю пористость и согласует физико-химические свойства с расплавленным стеклом для минимизации загрязнения стеклянных изделий.
2.2 Основные марки продукции
В зависимости от массовой доли диоксида циркония, плавленые литые AZS-кирпичи подразделяются на три основные марки для различных рабочих зон печи:
AZS-33#: Содержание ZrO₂ стабильно поддерживается на уровне 33%. Это наиболее широко используемый продукт общего назначения с сбалансированными стоимостью и характеристиками, подходящий для верхнего строения печи, стен дымоходов и других частей, не контактирующих напрямую с большим объемом текущего расплавленного стекла.
AZS-36#: Продукт среднего класса с содержанием диоксида циркония 36%. Обладает повышенной устойчивостью к коррозии стеклом, применяется для боковых стен печи, настила дна бассейна и каналов питателя, непосредственно контактирующих с расплавленным стеклом.
AZS-41#: Высококачественный продукт премиум-класса с содержанием диоксида циркония 41%. Отличается самой высокой устойчивостью к эрозии и сверхнизким стекловыделением, специально используется для ключевых зон с сильной эрозией, таких как загрузочный карман, загрузочные отверстия и зоны удара расплавленного стекла.
3. Производственный процесс плавленых литых AZS-кирпичей
Весь производственный процесс плавленых литых AZS-кирпичей строго контролируется для обеспечения низкой пористости и плотной микроструктуры, что принципиально отличает их от спеченных огнеупорных кирпичей. Стандартный производственный поток выглядит следующим образом:
3.1 Дозирование и смешивание сырья
Высокочистый цирконовый песок и глиноземный порошок точно дозируются в соответствии с целевой маркой. Соответствующим образом добавляются следовые количества минерализаторов для оптимизации эффективности плавления, и все сырьевые материалы тщательно и равномерно перемешиваются для предотвращения сегрегации компонентов при последующей плавке.
3.2 Высокотемпературная электроплавка
Смешанное сырье подается в трехфазную электродуговую печь и плавится при сверхвысокой температуре выше 1900°C. Сырье полностью превращается в однородный жидкий расплав без твердых частиц, что закладывает основу для плотной структуры кирпича.
3.3 Цельное литье и контролируемое охлаждение
Высокотемпературный расплав заливается в предварительно изготовленные песчаные или металлические формы в соответствии с индивидуальной формой кирпича. Применяется медленное и ступенчатое охлаждение для снятия внутренних термических напряжений. Этот контролируемый процесс охлаждения предотвращает образование трещин, вызванных быстрым изменением температуры во время затвердевания.
3.4 Отжиг, резка и финишная обработка
После полного затвердевания необработанные кирпичи проходят длительную термообработку (отжиг) для дальнейшего снятия остаточных напряжений. Наконец, проводится поверхностная резка, калибровка размеров и контроль качества для получения готовых плавленых литых AZS-кирпичей с точными размерами и стабильными характеристиками.
4. Основные преимущества и физико-химические свойства
По сравнению со спеченными огнеупорными кирпичами и другими плавлеными огнеупорными изделиями, такими как глиноземистые плавленые кирпичи, плавленые литые AZS-кирпичи обладают незаменимыми комплексными преимуществами:
4.1 Сверхнизкая пористость и плотная структура
Благодаря цельнолитому формованию, кажущаяся пористость качественных AZS-кирпичей составляет менее 1%, что значительно ниже 15-25% пористости спеченных огнеупоров. Плотная внутренняя структура полностью блокирует капиллярное проникновение расплавленного стекла, предотвращая внутреннее эрозионное разрушение кирпичей.
4.2 Превосходная устойчивость к коррозии расплавленным стеклом
Диоксид циркония внутри кирпичей может реагировать со щелочными компонентами в расплавленном стекле, образуя на поверхности кирпича плотную инертную защитную пленку, которая подавляет дальнейшую эрозию. Срок их службы в 3-5 раз превышает срок службы традиционных спеченных огнеупорных кирпичей в условиях работы стекловаренных печей.
4.3 Низкое загрязнение стеклянных изделий
Плавленые литые AZS-кирпичи имеют чрезвычайно низкую скорость стекловыделения, образования камней и пузырей при высокотемпературной эксплуатации. Они не вносят примесей в расплавленное стекло, что гарантирует высокую прозрачность и качество поверхности готового стекла, особенно подходя для линий по производству высококачественного фотоэлектрического и автомобильного стекла.
4.4 Хорошая термостойкость и высокотемпературная механическая прочность
Фазовое превращение диоксида циркония позволяет поглощать термические напряжения, возникающие при быстром повышении и понижении температуры, предотвращая отслаивание и растрескивание кирпичей. В то же время кирпичи сохраняют высокую прочность на сжатие при температурах выше 1500°C, сопротивляясь механическому истиранию от потоков высокотемпературного расплавленного стекла.
5. Области промышленного применения
5.1 Стекловаренная печь (основное применение)
Более 90% плавленых литых AZS-кирпичей применяется во всех конструктивных частях различных стекловаренных печей, включая печи для флоат-стекла, печи для бытового стекла, печи для фармацевтического стекла, печи для фотоэлектрического и электронного стекла. Конкретные позиции футеровки включают боковые стены печи, дно ванны, питатель, верхнее строение, каналы питателя и своды. Применение AZS-кирпичей позволяет продлить общий срок службы стекловаренных печей с 4-5 лет до 8-12 лет, значительно снижая затраты на обслуживание и замену футеровки печи.
5.2 Другие высокотемпературные промышленные печи
Керамические обжиговые печи: Футеровочные материалы для высокотемпературных зон, устойчивые к коррозии щелочными дымовыми газами;
Металлургические рафинировочные печи: Местная футеровка ковшей и печей вторичной обработки, контактирующая с расплавленным сплавом;
Специальные высокотемпературные печи: Промышленные печи для отжига электронных компонентов и производства фритты.
6. Существующие недостатки и будущие тенденции развития
6.1 Текущие ограничения
Несмотря на выдающиеся комплексные характеристики, плавленые литые AZS-кирпичи все еще имеют недостатки: высокое энергопотребление производства из-за процесса сверхвысокотемпературной плавки; частичная сегрегация компонентов в крупногабаритных литых кирпичах; и высокая стоимость сырья, ограниченная ценами на ресурсы цирконового песка.
6.2 Будущие направления технического развития
Низкоуглеродное и энергосберегающее производство: Оптимизация технологии плавки в электродуговой печи и внедрение систем рекуперации тепла для снижения энергопотребления производства и обеспечения экологически чистого производства;
Оптимизация микроструктуры: Применение технологии литья с гомогенизацией мелкого зерна для устранения сегрегации компонентов и дальнейшего снижения стекловыделения кирпичей для сверхвысококачественного стекольного производства;
Композитные модифицированные AZS-кирпичи: Добавление добавок оксидов редкоземельных элементов для дальнейшего повышения термостойкости и высокотемпературной ползучести, адаптация к печам большей емкости и с более длительным циклом работы;
Технология рециклинга: Разработать безвредную технологию переработки и повторного использования отработанных кирпичей AZS для повышения коэффициента использования ресурсов и сокращения выбросов промышленных твердых отходов.
+8613938501758