Циркониево-корундовые огнеупорные изделия (AZS), приготовленные методом литья из расплава, в основном используются в высокотемпературной области стекловаренных печей и в тех частях, где стекложидкость подвергается сильной эрозии. Эти материалы делятся на различные типы в зависимости от содержания ZrO₂, а их микроструктура состоит из кристаллической фазы α-корунда, моноклинного циркона (ZrO₂) и стеклянной матрицы. Микроструктура состоит из моноклинного циркона (ZrO₂) и стеклянной матрицы, за исключением циркона, который образует эвтектическую структуру с α-корундом и существует в свободном состоянии; чем выше содержание ZrO₂, тем выше доля свободного циркона. Обе кристаллические фазы обладают превосходной коррозионной стойкостью, которая еще более усиливается благодаря плотной взаимосвязанной структуре. Добавление следовых количеств Na₂O препятствует образованию муллитовых кристаллических фаз и вместо них образуются стеклообразные фазы, заполняющие межзерновые пустоты. Под действием высокотемпературной стеклообразной жидкости стеклофаза превращается в богатый ZrO₂ слой высоковязкого содово-полевошпатового стекла, который покрывает поверхность материала, образуя физический барьер. Если зерно материала огрубело, формирование эффективного защитного слоя затруднено, что приводит к быстрому проникновению стеклообразной жидкости и усугублению структурных повреждений.

Характеристика эволюции эрозии
Начальная стадия: реакция ионного обмена между расплавленным стеклом и стеклофазой в материале, вызывающая постепенное растворение;
Промежуточная стадия: последовательное растворение α-корунда и моноклинного циркона, образование высоковязкой защитной пленки на поверхности стекловидной жидкости за счет изменения состава компонентов;
Вторичная реакция: образование новых фаз α-корунд/халькопирит (NaAlSiO₄) и сетчатого циркона на границе раздела фаз.

Верхняя часть стенки бассейна (область поверхности стеклообразной жидкости)
Глубокое проникновение жидкого стекла в эродированный слой, но остаточная стеклянная фаза все еще сохраняет эвтектическую структурную целостность;

Нижняя часть стенки
На поверхности видна смесь остатков α-корунда, фрагментов циркона и аморфных фаз, а в результате реакции между стеклообразной фазой и расплавом образуется жидкая фаза халькоцита и растворяется часть циркона. При охлаждении пересыщенный ZrO₂ осаждается в виде дендритного вторичного циркона (явление петрификации Лэя), который вместе с нефелином образует композитный эрозионный слой. После длительной эксплуатации микрокристаллическая фаза может быть снята и мигрировать под действием потока стекла, а не полностью растворившийся циркон образует нодулярные дефекты.

Эрозионная неоднородность слоистых кладочных конструкций
Горизонтальные швы, образующиеся в слоистой кладке стен бассейна, могут стать слабыми местами эрозии:

Специфика огнеупорных материалов AZS
В верхней части шва появляется эрозионная борозда в виде «перевернутого конуса» (см. рисунок), а в нижней части скорость эрозии значительно ниже. Анализ механизма:

Стекловидная жидкость проникает в зазор шва, и верхний кирпич размывается расплавом снизу вверх, образуя защитный слой;

Под действием силы тяжести высоковязкий слой сползает вниз, обнажая свежую поверхность и вызывая циклическую эрозию;

Скопление газов во фронте эрозии ускоряет локальную коррозию.
В современных печах это явление усугубляется за счет усиления вспомогательного электрического нагрева и процесса барботирования, поэтому рекомендуется использовать монолитную структуру литых стенок.

Негативные последствия восстановительных процессов подготовки
Процесс восстановительного спекания с использованием графитовых электродов/печных футеровок приводит к:

Ухудшение свойств стеклофазы
Оксиды, такие как Fe₂O₃, восстанавливаются до компонентов с низкой температурой плавления, что снижает температуру размягчения стеклофазы на 100-150°C, а также приводит к потере диффузии и дестабилизации кристаллической фазы при высоких температурах, вызывая появление дефектов полосчатости;

Механизм образования пузырьков
Восстанавливающие вещества (например, свободный углерод) в стеклофазе вступают в окислительно-восстановительную реакцию с расплавом, вызывая превращение SO₃→SO₂, и SO₂ с низкой растворимостью осаждается в виде пузырьков, что влияет на светопропускание стекла.

Направление совершенствования процесса
Использование технологии подготовки окислительной атмосферы (например, метода гидрогенизации) может эффективно улучшить антиэрозионные характеристики материала и препятствовать образованию газовых пузырьков.

Если вам заинтересуются циркониево-корундовые огнеупорные изделия, пожалуйста, свяжитесь с нами, мы предоставим вам бесплатные профессиональные консультационные услуги.