دلایل خوردگی آجرهای سیلیسی در کوره های شیشه چیست؟

آجر سیلیسمقاومت خوردگی ضعیفی در برابر اکسیدهای قلیایی دارند و اغلب در ساختار فوقانی کوره های مخزن استفاده می شوند. معمولاً عامل خورنده در کوره های مخزن عمدتاً R2O است. پس از اینکه مقدار زیادی R2O باعث خوردگی آجرهای نسوز سیلیس می شود، نقطه ذوب لایه سطحی این آجر به شدت کاهش می یابد و قطرات استالاکتیت ظاهر می شود. با این حال، خوردگی استالاکتیت به طور کلی در طول عملیات عادی رخ نمی دهد. انتشار اجزای قلیایی به وسط بدنه آجر پس از تماس با سطح آجر نیز وجود دارد. با این حال، عمق انتشار آن بسیار کم‌تر از عمق نفوذ مواد نسوز رسی است. در ابتدای این تغییر، R2O آجرهای سیلیکونی را از سطح حل می کند و از طریق منافذ به داخل بدنه آجر نفوذ می کند و تنها یک لایه انتقال دگرگونی بسیار نازک با نقطه ذوب پایین را روی سطح تشکیل می دهد که باعث کاهش آجرهای آتش سیلیسی بیشتر می شود. خوردگی در این زمان، جزء قلیایی لایه بیرونی بدنه آجری بیشتر است و غلظت جزء قلیایی به طور ناگهانی از لایه داخلی پایین می‌آید.

این به این دلیل است که سطح آجرهای سیلیسی حل می شود و یک فاز شیشه ای جدید حاوی SiO2 بیشتری تولید می کند. ویسکوزیته این فاز شیشه ای نسبتاً زیاد است که نه تنها منافذ را مسدود می کند، بلکه مانع از انتشار و مهاجرت یون های فلز قلیایی به لایه داخلی آجر می شود و از فرسایش بیشتر آجر جلوگیری می کند. تنها زمانی که شعله به بالای طاق پاشیده می شود و باعث گرمای موضعی می شود و فاز شیشه ای روی سطح آجر از بین می رود، آجر بیشتر فرسایش می یابد.

سطح آجر سیلیسی طاق بزرگ پس از فرسایش سفید و صاف است و لایه دگرگونی آن بسیار مشهود است. علاوه بر کریستال های SiQ2، هیچ کریستال دیگری در لایه دگرگونی وجود ندارد. با انتشار و تهاجم Na2O اثر معدنی خوبی بر رشد تری دیمیت دارد. بنابراین در ناحیه دگرسانی مواد دیرگداز سیلیسی، تبلور مجدد تریدیمیت جایگاه بسیار مهمی را اشغال می کند. علاوه بر این، تری‌دیمیت برای مدت طولانی با فاز شیشه‌ای در تماس بوده است و همچنین می‌تواند در فاز شیشه‌ای جدید تولید شده در طی واکنش جایگزینی به یک ستون لوله‌ای تبدیل شود. سطح داخلی آجرهای سیلیسی نزدیک به بالاترین ناحیه دما، کریستال های کریستوبالیت است. دمایی که در آن تری‌دیمیت به تری‌دیمیت تبدیل می‌شود، از نظر تئوری 1470 درجه است، اما دمای تبدیل را می‌توان به 1260 درجه کاهش داد که R2O همزمان وجود داشته باشد. کوارتز در 870 درجه شروع به تبدیل به تری دیمیت می کند و دمای این مکان را می توان از این تبدیل استنباط کرد. خواه تبلور مجدد باشد یا تبدیل پلی کریستالی، استحکام پیوند بین ذرات موجود در بدنه آجری را ضعیف می کند و حتی ممکن است به دلیل انبساط و انقباض ناهموار از بین برود و در نتیجه پوسته شدن شل شود.

پس از اینکه آجرهای سیلیسی در منطقه دمای بالا استخر ذوب کوره استخر خورده شدند، به وضوح به چندین لایه تقسیم می شوند: یک لایه بسیار نازک از شیشه با ویسکوزیته بالا روی سطح. در پشت آن کریستال های کریستوبالیت سفید و متراکم وجود دارد. در پشت آن یک لایه کریستال کریستوبالیت سبز روشن وجود دارد که به دلیل محتوای بالای FeO به رنگ سبز روشن است. در پشت آن یک لایه انتقال خاکستری وجود دارد که در آن محتوای تری دیمیت بیشتر از آجر اصلی است و محتوای کریستوبالیت کمتر است. درونی ترین لایه یک لایه زرد روشن است که تجزیه نشده است.

آجر سیلیسی مقاومت خوردگی ضعیفی نسبت به فاز مایع R2O دارد. فاز مایع R2O ابتدا پیوند ضعیف بایندر در آجر را فرسایش می دهد و باعث از بین رفتن چسب و شل شدن سنگدانه می شود. اگر کوره به طور نامناسب ساخته یا پخته شده باشد و سنگ تراشی آجر سیلیس دارای درزهای آجری کوچک باشد، فاز گاز R2O در گاز کوره وارد درزهای آجری می شود. به دلیل دمای پایین داخل درزهای آجری، گاز R2O در حدود 1400 درجه به مایع متراکم می شود. این مایع R2O با غلظت بالا به سرعت آجرهای نسوز سیلیس را فرسایش می دهد و سوراخ ایجاد می کند. در این زمان اگر تهویه و سرمایش وجود داشته باشد، تراکم گاز R2O را تسریع کرده و در نتیجه فرسایش را تسریع کرده و آسیب جدی به آجرها وارد می کند.

معمولاً شدیدترین قسمت آجر سیلیسی 1/3 تا 1/2 قسمت بالایی آن است که در آن گاز متراکم شده و دما نسبتاً بالا است، بنابراین فرسایش جدی ترین است. پس از فرسایش آجر سیلیس، اگرچه شکاف روی آن کوچک است، اغلب یک حفره بزرگ کمی زیر آن وجود دارد.

بنابراین، از یک سو، سنگ تراشی آجر سیلیس نیاز به کاهش درزهای آجری، از جمله استفاده از آجرهای قوسی بزرگ دارد. از طرف دیگر، هنگامی که دمای کوره از 1600 درجه تجاوز نمی کند، استفاده از عایق تاج می تواند از متراکم شدن R2O در درزهای آجری جلوگیری کرده و در نتیجه فرسایش را کاهش دهد. بنابراین، عایق آجر قوس بزرگ نه تنها می تواند در مصرف سوخت صرفه جویی کند، بلکه از قسمت بالای قوس نیز محافظت می کند و عمر مفید را افزایش می دهد.

سنگ های تولید شده توسط طاق بزرگ آجر سیلیسی به ندرت در شرایط عادی دیده می شوند. از آنجایی که جزء اصلی آجرهای سیلیکونی SiO2 است، SiO2 به راحتی ذوب شده و در حوضچه ذوب پخش می شود و در مایع شیشه ای همگن می شود. این توده شفاف حاوی SiO2 بیشتر حاوی کریستال هایی از کوارتز یا کوارتز است که با چشم غیرمسلح می توان آن ها را به رنگ سبز مایل به زرد مشاهده کرد. این به این دلیل است که آجرهای نسوز سیلیس حاوی Fe2O3 بیشتری هستند. اما در حین ذوب در دمای بالا، به دلیل ذوب شدن و جریان رو به پایین این آجرها در قسمت بالای کوره، آجرهای ریخته گری ذوب شده الکتریکی در قسمت پایینی توسط جریان سیلیکون فرسایش یافته و وارد مایع شیشه شده و سنگ های نسوز تولید می کنند.

آجرهای سیلیسی در شرایط عادی بسیار بادوام هستند. Al2O3 موجود در آجرهای نسوز سیلیسی یک ماده مضر است. افزایش جزئی در محتوای آن به میزان قابل توجهی از نسوز آن می کاهد. در سال‌های اخیر، دمای کوره رو به افزایش بوده و نیاز به استفاده از آجرهای سیلیسی با کیفیت بالا دارد که دارای محتوای SiO2 تا 97٪، محتوای Al2O3 کمتر از 0.3٪ و غیره است. ناخالصی های زیر 0.5%. دمای نرم شدن بار 30 تا 40 درجه بیشتر از آجر سیلیس معمولی است، بنابراین دمای کوره مخزن را می توان 20 تا 30 درجه افزایش داد.