使用后熔铸β 氧化铝平碹再利用的分析研究

李笃斌，李志军，商宜农，郭其皓，郭嘉利，徐敬寒，宁国强

（淄博艾杰旭刚玉材料有限公司，淄博255200）

1 前言

浮法玻璃窑炉中流道入口上部平碹采用的是熔铸β 氧化铝产品，该类产品主要成分是氧化铝与氧化钠，主晶相为显微结构呈板状的β-氧化铝［1］，结构式Na2O·11Al2O3。该类产品用在窑炉成型部位，需要承担上部山墙结构的重量，使用温度较低。使用一个周期（8 年左右）后目视检查发现除表面略显蓝色外结构完整，因此有部分玻璃厂家有重复再利用一个窑期的想法，基于此要求进行了相关的分析研究。

2 外观观察

对使用后的整套平碹拆除后进行目视观察，产品无明显的碰损，结构完整，但个别砖材底部有裂纹，砖与砖之间缝隙良好。处于窑炉内侧的一面，表面蓝色较明显；窑炉外侧的一面发蓝情况要略差；砖材底面呈现出天蓝色，与两侧颜色略有不同。表面颜色层厚度大概在2～5mm 之间，切断后观察不到颜色的逐层变化（见图1）。

3 样品分析

3.1 分析方式

图1 使用后产品外观

图2 取样部位图

取其中一块平碹砖居中切断后，选一侧，按照上、中、下位置从表面切割成厚50mm，宽100mm，长度150mm 的试样块，然后从试块中间左侧表皮0～10mm 取样进行化学成分分析，中间右侧表皮取40mm×40mm×40mm 样品进行显气孔率、体密、耐压强度等物理指标分析，通过对比内外相同高度部位相关指标的差别，判断是否能够再利用，取样部位详见图2。化学成分采用RIX2100 Primus ⅡZSX100e 荧光分析仪进行分析，显气孔率、体密的分析按照GB/T 2998 标准进行，耐压强度按照GB/T 5072 标准进行。

3.2 化学成分分析

化学成分的分析见表1。上表中氧化硅的含量在0.34～0.38%之间，与原产品成分控制范围相比增加很多，原产品中几乎不含氧化硅，推测是由玻璃窑炉中玻璃蒸汽侵蚀导致。氧化铝与氧化钠含量变化不大，在原产品成分控制范围内。

表1 化学成分的分析结果（wt%）

表2 显气孔率、体密、耐压强度

3.3 物理指标分析

显气孔率、体密、耐压强度测定结果见表2。将内外侧相同位置分析结果整理后进行对比，结果见图3、图4、图5。

从对比结果看，外侧气孔率低于内侧气孔率，外侧体密高于内侧体密，推测与内侧受到玻璃蒸汽的侵蚀相关，内侧温度高，侵蚀速度快，外侧温度较低，侵蚀速度较慢。

β-氧化铝产品强度较低，JC/T494 中规定大于等于30MPa 就符合要求，从表中看到除底部外各处强度均低于JC/T494 的要求，而且内侧强度明显低于外侧强度。

图3 气孔率变化

图4 体密度变化

图5 强度变化

3.4 显微结构观察

对比内外侧底部相同位置表皮的显微结构如图6、图7 所示。

从内侧底部照片看，表面的晶型分布情况发生了变化，应该全部为粗大板状结晶的结构变成了内部含有细粒状的显微结构， 推测原因是由于β-刚玉相与蒸汽发生了反应［2］，氧化钠与蒸汽中的氧化硅发生了反应，反应式为：Na2O·11Al2O3+SiO2→11Al2O3+ SiO2·Na2O。

图6 外侧底部显微照片

图7 内侧底部显微照片

4 结论

因为平碹结构需要承担上部山墙的重量，所以其强度需要特别注意。从分析结果看，使用后的产品抗压强度明显降低，再次使用存在较大风险。从显微结构看，晶型结构也发生了变化，这种变化会导致稳定性的降低。综合以上，虽然重复利用可以节约一定的费用，但从玻璃窑炉安全运行看，不建议再次使用。