Standardopeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksidapri 75 % Al₂O₃ dobro deluje v širokem spektru aplikacij industrijskih peči. Dodajte 5–15 % ZrO₂ k enaki osnovni sestavi in opeka postane merljivo težje razpokana in opazno bolj odporna na napade staljene žlindre, stekla in kovine -, ne da bi bistveno spremenili videz opeke ali način vgradnje.
Razlog ni le v tem, da je cirkonij trši ali bolj ognjevzdržen material kot aluminijev oksid, čeprav oboje drži. Povečanje zmogljivosti izhaja iz dveh posebnih mehanizmov, ki ju cirkonij vnese v matriko aluminijevega oksida - mehanizmov, ki jih standardna opeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida ne more doseči sama, ne glede na vsebnost Al₂O₃.
Kaj počne cirkonij znotraj opečne matrice
Transformacijsko utrjevanje
Cirkonij obstaja v treh kristalnih fazah, odvisno od temperature: kubični (nad ~2370 stopinj), tetragonalni (1170 stopinj –2370 stopinj) in monoklinični (pod ~1170 stopinj). Spremembo faze iz tetragonalne v monoklinično spremlja povečanje volumna za približno 3–5 %.
V cirkonijevi opeki z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida so fini delci ZrO₂ razpršeni skozi matriko aluminijevega oksida in stabilizirani v metastabilni tetragonalni fazi zaradi omejitve okoliškega materiala. Ko se razpoka začne in širi skozi opeko, razbremeni omejitev za delce ZrO₂ blizu konice razpoke. Ti delci se takoj spremenijo v monoklinično fazo in se lokalno razširijo. To lokalno širjenje postavi konico razpoke pod tlačno napetost -, ki neposredno nasprotuje natezni napetosti, ki je razpoko poganjala naprej.
Razpoka mora delati močneje, da se razširi. Poveča se lomna žilavost. Opeka prenaša toplotne udarce in mehanske udarce, ki bi odprli vidne razpoke v standardni opeki z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida s podobno vsebnostjo aluminijevega oksida.
To je transformacijska utrjenost - isti princip, ki se uporablja v cirkonijevi-kaljeni aluminijevi (ZTA) inženirski keramiki -, ki se uporablja za industrijsko ognjevzdržno opeko. Ne gre za nejasno izboljšanje kakovosti; gre za merljivo povečanje lomne žilavosti, običajno od 2–3 MPa·m½ za standardno visoko vsebnost aluminijevega oksida do 4–6 MPa·m½ za kompozite aluminijevega -cirkonijevega oksida z ustrezno vsebnostjo ZrO₂ in velikostjo delcev.
Odpornost proti koroziji na meji zrn
Standardne opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida vsebujejo stekleno fazo na mejah zrn - preostali silikatni material, ki nastane iz nečistoč med žganjem. Ta steklena faza je primarna pot za prodiranje žlindre, steklene taline in staljene kovine v opeko, ker se zmehča pred kristalnimi fazami in se lažje raztopi v agresivnih talinah.
Dodatki ZrO₂ zmanjšajo učinkovito vsebnost steklene faze, tako da med žganjem porabijo nekaj nečistoč silicijevega dioksida, da nastane cirkon (ZrSiO₄) - bolj stabilna spojina, ki se ne zmehča in ne teče pri temperaturah, kjer bi steklena faza. Cirkonska faza na mejah zrn upočasni prodiranje korozivnih talin v notranjost opeke. V območjih stika s steklom in linijah jeklene žlindre, kjer je kemični napad na steno opeke prevladujoč način okvare, se ta razlika v kemiji meja zrn neposredno odraža v daljši življenjski dobi.
Kjer standardne opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida ne uspejo
Standardne opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida - imajo celo pri 80 % Al₂O₃ - dve ranljivosti v agresivnih conah peči:
Širjenje razpoke pri toplotnem šoku.V območjih s pogostimi temperaturnimi cikli, udarci naboja ali strmimi toplotnimi gradienti se razpoke začnejo na površinskih razpokah in se širijo navznoter. Opeka ne odpove takoj - razvije mrežo mikro-razpok, ki med zaporednimi akcijami zmanjšujejo strukturno celovitost, dokler se deli ne ločijo. Povečanje vsebnosti Al₂O3 pripomore k ognjevzdržnosti, vendar ne izboljša bistveno lomne žilavosti.
Raztapljanje v staljenem mediju.Staljeno steklo, železova žlindra, jeklarska žlindra in taline ne{0}}železnih kovin kemično napadajo opeko z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida. Hitrost napada je odvisna od tega, kako hitro lahko talina prodre v mikrostrukturo opeke in raztopi mejne faze zrn. Opeka z mejo z-steklene{3}}faze-zrna je bolj ranljiva kot tista s cirkonsko-stabiliziranimi mejami, ne glede na skupni odstotek Al₂O₃.
Cirkonijeve opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida hkrati odpravljajo obe ranljivosti -, zato so določene v območjih, kjer standardni razredi prezgodaj dosežejo svojo mejo življenjske dobe.
Aplikacije, kjer se pokaže razlika
Kontaktne cone steklarske peči
Grlo, stranska stena in dno peči za taljenje stekla vključujejo neprekinjen stik s staljenim steklom pri 1300 stopinjah –1500 stopinjah. To je eno najbolj korozivnih okolij za ognjevarni material - steklena talina aktivno raztaplja mejne faze zrn in prodira skozi kanale por. Cirkonijeve opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida, zlasti sintrane stopnje AZS z 10–15 % ZrO₂, podaljšujejo življenjsko dobo v teh območjih v primerjavi s standardno visoko aluminijevim oksidom z zmanjšanjem stopnje raztapljanja in globine prodiranja stekla.
Za najekstremnejše položaje stika s steklom - bloki rezervoarjev, tlakovci v območju taljenja -taljena litina AZS(alumina-cirkonij-silicijev dioksid) s 33–41 % ZrO₂ je standardna specifikacija. Sintrane cirkonijeve opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida z nižjo vsebnostjo ZrO₂ zasedajo vmesne položaje, kjer stroški taljene litine niso upravičeni in standardna visoka učinkovitost aluminijevega oksida ni zadostna.
Linije za žlindro jeklenega lonca
Linija žlindre jeklenega lonca je območje največje obrabe - meja med jekleno kopeljo in žlindro na njej, kjer sta tako kemični napad žlindre kot mehanska erozija zaradi mešanja in polivanja najbolj intenzivna.Magnezitno-ogljikova opekaje prevladujoča izbira za žlindrne linije v elektroobločnih pečeh in osnovnih kisikovih pečeh. V lončkih za predelavo čistih jekel, kjer se je treba izogniti onesnaženju z ogljikom, je opeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida alternativa z izboljšano odpornostjo na žlindro v primerjavi s standardnimi vrstami z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida.
Prehodne cone cementne peči
Prehodno območje med območjem gorenja in območjem hlajenja v cementni rotacijski peči vključuje toplotno kroženje in stik z delno staljenim klinkerjem. Opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida so bile uporabljene v tem območju, kjer se toplotni šok zaradi kroženja in kemični napad iz faze tekočega klinkerja združita, da skrajšata standardne akcije opeke.
Peči za-taljenje barvnih železov
Peči za taljenje bakra, aluminija in cinka obdelujejo žlindre z drugačno kemijo kot jeklene žlindre, vendar podobno agresivno napadajo meje ognjevzdržnih zrn. Cirkonijeve opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida se uporabljajo na položajih oblog pretvornika in oblogah pralnikov, kjer kombinacija toplotnega šoka in kemičnega napada skrajša standardne kampanje z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida.
Sintrano ali taljeno lito: ključna razlika
Cirkonijeve opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida se proizvajajo z dvema bistveno različnima procesoma, izbira pa je pomembna za učinkovitost.
Sintrane cirkonijeve opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksidaso izdelani iz prahu aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida, stisnjeni in žgani pri visoki temperaturi. Vsebnost ZrO₂ se običajno giblje od 5 % do 20 %. So cenejši od izdelkov iz taljene litine, proizvajajo se lahko v standardnih oblikah in oblikah po meri, njihova mikrostruktura - s porazdeljenimi delci ZrO₂ v matrici aluminijevega oksida - pa zagotavlja dobro odpornost proti pretvorbi. So primerna izbira za večino aplikacij v industrijskih pečeh, kjer standardna opeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida ne ustreza.
Staljena lita opeka AZS(aluminijev-cirkonijev-silicijev dioksid) se proizvajajo s taljenjem surovin in vlivanjem v kalupe. Vsebnost ZrO₂ 33 %, 36 % ali 41 % proizvaja ultra-gosto mikrostrukturo brez -stekla z izjemno odpornostjo proti koroziji. Ti so določeni za najzahtevnejše kontaktne položaje stekla in imajo nekajkrat večjo ceno kot sintrani izdelki. Niso enak izdelek kot sintrana cirkonijeva opeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida in se v specifikacijah ne smejo uporabljati zamenljivo.
Kaj preveriti pred naročilom
Vsebnost ZrO₂ in velikost delcev- prednost utrjevanja je odvisna od tega, ali so delci ZrO₂ dovolj drobni (običajno pod 5 µm), da ostanejo v metastabilni tetragonalni fazi. Grobi delci ZrO₂ se spontano transformirajo in ne prispevajo k utrjevanju. Zahtevajte podatke o mikrostrukturi ali specifikacijo velikosti delcev, ne samo skupni odstotek ZrO₂.
Sintrana ali taljena litina- potrdite, kateri proizvodni postopek velja. Oba imata različno mikrostrukturo, profile delovanja in stroške. Specifikacija, ki pravi "AZS opeka" brez pojasnitve proizvodne metode, je dvoumna.
Navidezna poroznost- za aplikacije v stiku z žlindro in steklom je običajno potrebna navidezna poroznost pod 18 %. Večja poroznost pospeši prodiranje taline ne glede na vsebnost ZrO₂.
Podatki o preskusu odpornosti na toplotni udar- zahtevajte rezultate preskusa toplotnega šoka za dušenje z vodo ali zrakom (število ciklov do okvare), namesto da bi sprejeli pripovedno trditev o "dobri odpornosti na toplotni udar."
Pogosto zastavljena vprašanja
Ali je cirkonijeva opeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida enaka opeki AZS?Ne vedno. AZS (alumina-cirkonijev-silicijev dioksid) se običajno nanaša posebej na taljene lite izdelke s 33–41 % ZrO₂, ki se uporabljajo predvsem v steklarskih pečeh. Cirkonijeva opeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida je širša kategorija, ki vključuje sintrane izdelke z nižjo vsebnostjo ZrO₂ (5–20 %), proizvedene za širši obseg industrijskih aplikacij. Oba vsebujeta Al₂O₃ in ZrO₂, vendar se razlikujeta po odstotku ZrO₂, proizvodnem procesu, mikrostrukturi in uporabi.
Ali večja vsebnost ZrO₂ vedno pomeni boljšo učinkovitost?Ne univerzalno. Višji ZrO₂ izboljša odpornost proti koroziji pri aplikacijah, ki so v stiku s steklom in žlindro. Toda nad določenimi koncentracijami ZrO₂ v sintranih opekah postane matriks bolj dovzeten za katastrofalno fazno transformacijo razpok, če stabilizacija ni zadostna. Optimalna vsebnost ZrO₂ je odvisna od specifične uporabe - kemije žlindre, temperature, frekvence toplotnega cikla - in ne le od "več je bolje."
Ali lahko cirkonijeva opeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida nadomesti opeko iz magnezijevega oksida-ogljikovega oksida v žlindrinskih linijah za lonec?V posebnih aplikacijah - posebej čista proizvodnja jekla, kjer je prevzem ogljika iz opeke MgO-C problem kakovosti - kot alternativa je bila uporabljena opeka z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida in cirkonijevega oksida. Ne ujema se z MgO-C glede splošne odpornosti na žlindro za osnovne pogoje kisikove peči. Zamenjava zahteva oceno specifične kemije žlindre, temperature in zahtev glede življenjske dobe kampanje pred določitvijo.
