AZS耐火材料形成玻璃缺陷的机理MicrosoftWord文档.doc

AZS耐火材料侵蚀 形成玻璃缺陷的机理浅析 1 玻璃缺陷概述 玻璃的缺陷，即气泡、结石、疖瘤、波筋、沾锡、锡滴、虹彩、划伤等，这些缺陷会对玻璃的外观质量产生影响，严重者可使玻璃的不合格品增加。有关玻璃缺陷产生的原因比较复杂，也就是说可以由玻璃生产的各个阶段产生。比如原料的污染、配料时的称量错误或配合料混合不均匀，熔化过程中的耐火材料蚀变以及未熔矿物或团快的存在、浮法工艺形成阶段的锡滴和沾锡、退火阶段的划伤、钢化阶段的虹彩等。一般来讲，结石的产生主要是由于原料的污染、碎玻璃中混入金属块、陶瓷片、粘土类耐火材料蚀变、熔铸AZS转的蚀变、未溶解的矿物、玻璃体的析晶等。疖瘤的原因主要来自AZS砖等耐火材料的侵蚀、热的碱蒸汽以及物料粉尘的溶蚀等以熔滴的形式或剥落的块状落入玻璃熔体中。波筋的主要原因是配合料不均匀、或玻璃的澄清均化问题，或者是耐火材料受到玻璃液的侵蚀和冲刷，并不断被流动的玻璃液带走，形成狭长的带状夹杂相。气泡的主要原因是原料的溶化高温反应产生气体、澄清时间不充分、耐火材料与玻璃熔体间的化学反应气体产物、操作过程中夹带入的气体等。 要精确判断玻璃缺陷的来源，需从如下几方面入手：首先观察缺陷的形状、外观、在玻璃板上的位置、矿物学特征即显微结构、化学成分的分析测定等。另外还要从工艺角度考虑如下因素：首先是窑炉溶化制度、实际熔化温度、窑炉的工况条件有无波动、窑炉的耐火材料种类以及有无侵蚀或蚀变等。 在上述玻璃缺陷中，由于耐火材料原因产生的缺陷是不可忽视的，其中又以耐火材料与玻璃熔体之间的作用产生的缺陷较为典型。 2 AZS耐火材料 AZS耐火材料即Al2O3-ZrO2-SiO2系耐火材料，玻璃熔窑上主要做熔窑池壁、胸墙等部位的熔铸AZS砖，烧结锆莫来石砖，熔窑池底的烧结锆刚玉砖以及锆英石捣打料。熔铸AZS砖是在电熔窑中将原料（主要是锆英石、回收的AZS砖、氧化硅、氧化锆、氧化铝和纯碱等）以2200-2400度的高温熔融，倒入由特种沙制成的模具（沙箱）中，然后慢慢退火以消除热应力。AZS砖的主要物象为斜锆石、刚玉和玻璃相，制品中也存在不少的空隙。斜锆石熔点高，化学稳定性好，耐玻璃液侵蚀性强。刚玉熔点较高，抵抗玻璃液的侵蚀性能不如斜锆石。玻璃相是充填在晶粒间的玻璃，主要起着将斜锆石和刚玉两种物象粘结在一起的作用。这种玻璃相的软化温度较低，高温时会出现液相，渗出砖外。玻璃相的渗出会破坏砖的结构，缩短砖的使用寿命。渗出同时会放出气泡，并有可能产生玻璃结石、疖瘤或条纹等缺陷。AZS砖的均匀性较差，即晶体的大小、化学组成以及空隙率等在砖体中的分布不太均匀。 3 AZS耐火材料与气泡 3.1 AZS耐火材料与气泡形成的物理机理 熔铸AZS砖体内部含有不少气孔，在这些气孔的内部，充满了气体。气体的组成与空气的组成大致一致，即主要是氮气、氧气、还有少量二氧化碳气体。随着AZS砖与玻璃液接触时间延长，由于砖体表面的侵蚀，内部的空隙会裸露出来，同时释放出内部充满的气体，形成气泡。 3.2 AZS耐火材料与气泡形成的化学机理 熔铸AZS耐火材料中含有可以被氧化而形成气体的杂志元素，例如碳、硫、碳化锆以及氮化物、氮氧化物等。当AZS耐火材料砖被加热到1400度以上时，这些杂志元素就会发生氧化反应，形成相应的氮气、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等气体。 当熔铸AZS砖冷却以后再次升温时，一般会在玻璃液与熔铸AZS砖的接触处产生氧气气泡，二次气泡。这是因为一般情况下，熔铸AZS砖都含有少量（0.3%（质量分数））的变价元素，如铁（Fe2+、Fe3+）或钛（Ti3+、Ti4+）。这些变价元素可随温度的变化而改变价态，从而完成吸收或释放气体的作用，如反应方程式（1）： 4Fe2++O2=4Fe3++2O2- （1） 当温度降低时，反应方程式（1）正方向进行，即有利于形成Fe3+。当温度升高时，反应方程式（1）反方向进行（逆反应），即有利于形成O2. 另一个产生氧气的原因是玻璃液与AZS耐火材料砖间发生的电化学反应（电池反应），或者说是在玻璃液与AZS耐火材料砖不相接触的情况下的“远程”电化学反应，负责电子传递的是碱金属或碱土金属离子。在这个电池反应中，玻璃熔体中的氧离子（O2-）被氧化成氧气（O2），即阳极反应： 2O2-(玻璃熔体)=O2（玻璃熔体中的气态氧）+4e(扩散进入AZS） （2） 耐火材料中的高价铁（Fe3+）或钛（Ti4+）被还原，即阴极反应； 4Fe3+（AZS）+4e(AZS)=4Fe2+(AZS) (3) 总的化学反应： 4Fe3+（AZS）+2O2-（玻璃熔体）=4Fe2+(AZS) +O2（玻璃熔体中的气态氧） （4） 该电化学反应的反应速度与熔体和熔铸AZS耐火材料中的碱金属或碱土金属离子的含量差成正比。 玻