Standardikorkea alumiinioksidi tiili75 % Al2O3 toimii hyvin monenlaisissa teollisuusuunisovelluksissa. Lisää 5–15 % ZrO₂ samaan pohjakoostumukseen ja tiili muuttuu huomattavasti vaikeammin halkeilevaksi ja huomattavasti kestävämmäksi sulaa kuonaa, lasia ja metallia vastaan - muuttamatta olennaisesti tiilen ulkonäköä tai asennustapaa.
Syy ei ole pelkästään se, että zirkoniumoksidi on kovempi tai tulenkestävämpi materiaali kuin alumiinioksidi, vaikka molemmat ovat totta. Suorituskyvyn lisäys johtuu kahdesta erityisestä mekanismista, jotka zirkoniumoksidi lisää alumiinioksidimatriisiin - mekanismeista, joita tavallinen korkea alumiinioksiditiili ei voi saavuttaa yksinään Al2O3-pitoisuudesta riippumatta.
Mitä zirkoniumoksidi tekee tiilimatriisin sisällä
Muutoksen tiukentaminen
Zirkoniumoksidia on kolmessa kiteisessä faasissa lämpötilasta riippuen: kuutio (yli ~2370 astetta), tetragonaalinen (1170-2370 astetta) ja monokliininen (alle ~1170 astetta). Vaiheen muutokseen tetragonaalisesta monokliiniseen liittyy tilavuuden laajeneminen noin 3–5 %.
Korkean alumiinioksidipitoisuuden omaavassa zirkoniumtiilessä hienot ZrO2-hiukkaset dispergoituvat alumiinioksidimatriisin läpi ja stabiloituvat metastabiilissa tetragonaalifaasissa ympäröivän materiaalin rajoitusten vaikutuksesta. Kun halkeama alkaa ja etenee tiilen läpi, se vapauttaa halkeaman kärjen lähellä olevien ZrO2-hiukkasten rajoituksen. Nämä hiukkaset muuttuvat välittömästi monokliiniseen vaiheeseen ja laajenevat paikallisesti. Tämä paikallinen laajeneminen asettaa halkeaman kärkeen puristusjännityksen -, mikä on suoraan vastoin vetojännitystä, joka ajoi halkeamaa eteenpäin.
Halkeaman on toimittava kovemmin leviäkseen. Murtolujuus kasvaa. Tiili kestää lämpöshokkia ja mekaanista iskua, joka avaa näkyviä halkeamia tavallisessa korkean alumiinioksidipitoisuuden omaavassa tiilessä.
Tämä on muunnoskarkaisua - samaa periaatetta, jota käytetään zirkoniumoksidi-karkaistun alumiinioksidin (ZTA) teknisissä keramiikassa - teollisissa tulenkestävissä tiileissä. Se ei ole epämääräinen laadun parannus; se on mitattavissa oleva lisäys murtolujuudessa, tyypillisesti 2–3 MPa·m½:sta korkean vakioalumiinioksidin tapauksessa 4–6 MPa·m½:een alumiinioksidi-zirkoniumoksidikomposiitteille, joissa on sopiva ZrO₂-pitoisuus ja hiukkaskoko.
Korroosionkestävyys raerajalla
Tavalliset korkean alumiinioksidin tiilet sisältävät lasifaasin raerajoilla - jäännössilikaattimateriaalia, joka muodostuu epäpuhtauksista polton aikana. Tämä lasifaasi on ensisijainen reitti kuonalle, lasisulalle ja sulalle metallille tunkeutua tiilen läpi, koska se pehmenee ennen kiteisiä faaseja ja liukenee helpommin aggressiivisiin sulatteisiin.
ZrO₂-lisäykset vähentävät tehokasta lasifaasipitoisuutta kuluttamalla osan piidioksidiepäpuhtauksista muodostaen zirkonia (ZrSiO₄) polton aikana - stabiilimmaksi yhdisteeksi, joka ei pehmene ja virtaa lämpötiloissa, joissa lasifaasi tekisi. Raerajojen zirkonifaasi hidastaa syövyttävien sulatteiden tunkeutumista tiilen sisäosaan. Lasin kosketusvyöhykkeissä ja teräskuonalinjoissa, joissa kemiallinen hyökkäys tiilen pinnalla on hallitseva vikatila, tämä raerajakemian ero merkitsee suoraan pidempää käyttöikää.
Missä standardikorkeat alumiinioksiditiilet jäävät vajaaksi
Vakiokorkeaa alumiinioksidia sisältävillä tiileillä - jopa 80 % Al₂O₃ - on kaksi haavoittuvuutta aggressiivisilla uunialueilla:
Halkeaman leviäminen lämpöshokin alla.Vyöhykkeillä, joilla on usein lämpötilavaihteluita, latausiskuja tai jyrkkiä lämpögradientteja, halkeamat alkavat pintavirheissä ja leviävät sisäänpäin. Tiili ei hajoa heti - se kehittää mikro-halkeamien verkoston, joka heikentää rakenteellista eheyttä peräkkäisten kampanjoiden aikana, kunnes osat irtoavat. Al2O3-pitoisuuden lisääminen parantaa tulenkestävyyttä, mutta ei merkittävästi paranna murtumislujuutta.
Liukeneminen sulassa väliaineessa.Sula lasi, rautakuona, teräskuona ja ei-{0}}rautametallisulat hyökkäävät kemiallisesti runsaasti alumiinioksidia sisältäviin tiileihin. Hyökkäysnopeus riippuu siitä, kuinka helposti sula voi tunkeutua tiilen mikrorakenteeseen ja liuottaa raerajafaasit. Tiili, jossa on runsas lasirae
Alumiinioksidipitoiset zirkoniumtiilet korjaavat molemmat haavoittuvuudet samanaikaisesti -, minkä vuoksi ne on määritelty vyöhykkeille, joissa standardilaadut saavuttavat käyttöikänsä ennenaikaisesti.
Sovellukset, joissa ero näkyy
Lasiuunin kosketusvyöhykkeet
Lasinsulatusuunien kurkku, sivuseinä ja pohja ovat jatkuvassa kosketuksessa sulaan lasiin 1 300 - 1 500 asteessa. Tämä on yksi tulenkestävän materiaalin syövyttävimmistä ympäristöistä - lasisula liuottaa aktiivisesti raerajafaaseja ja tunkeutuu huokoskanavien läpi. Korkean alumiinioksidin zirkoniatiilet, erityisesti sintratut AZS-laadut, joissa on 10–15 % ZrO₂, pidentävät käyttöikää näillä vyöhykkeillä verrattuna tavalliseen korkeaan alumiinioksidiin vähentämällä liukenemisnopeutta ja lasin tunkeutumissyvyyttä.
Äärimmäisissä lasikoskettimissa - säiliölohkot, päällysteet sulamisvyöhykkeellä -sulakevalu AZS(alumiinioksidi-zirkoniumoksidi-piidioksidi), jossa on 33–41 % ZrO₂, on vakiospesifikaatio. Sintratut korkeaa alumiinioksidipitoisuutta sisältävät zirkoniumoksiditiilet, joiden ZrO₂-pitoisuus ovat alhaisemmat, ovat väliasemissa, joissa sulavalukustannukset eivät ole perusteltuja ja standardikorkea alumiinioksidin suorituskyky ei ole riittävä.
Teräskauhan kuonalinjat
Teräskauhan kuonaviiva on suurimman kulumisen vyöhyke - teräskylvyn ja päällä olevan kuonan välinen raja, jossa sekä kuonan aiheuttama kemiallinen hyökkäys että sekoituksen ja kaatamisen aiheuttama mekaaninen eroosio ovat voimakkaimpia.Magnesia{0}}hiilitiilion hallitseva valinta kuonalinjoille valokaariuunissa ja perushappiuunin kauhoissa. Puhtaita teräksiä käsittelevissä kauhoissa, joissa hiilikontaminaatiota on vältettävä, korkea alumiinioksidipitoinen zirkoniumoksiditiili on vaihtoehto, jolla on parempi kuonankestävyys verrattuna tavanomaisiin korkeisiin alumiinioksidilaatuihin.
Sementtiuunin siirtymävyöhykkeet
Siirtymävyöhyke palamisvyöhykkeen ja jäähdytysvyöhykkeen välillä sementtikiertouunissa sisältää sekä lämpökiertoa että kosketusta osittain sulan klinkkerin kanssa. Tällä vyöhykkeellä on käytetty runsaasti alumiinioksidia sisältäviä zirkoniumoksiditiiliä, jossa kiertoliikkeen aiheuttama lämpöshokki ja nestemäisen klinkkerifaasin kemiallinen hyökkäys yhdistyvät lyhentäen tavallisia tiilikampanjoita.
Ei-rautametallien sulatusuunit
Kuparin, alumiinin ja sinkin sulatusuuneissa käsitellään kuonaa, jonka kemia on erilainen kuin teräskuonilla, mutta samalla aggressiivinen hyökkäys tulenkestäviä raerajoja vastaan. Korkean alumiinioksidipitoisuuden omaavia zirkoniumoksiditiiliä käytetään muuntimien vuorauksissa ja pesuvuorauksissa, joissa lämpöshokin ja kemiallisen vaikutuksen yhdistelmä lyhentää tavanomaisia korkean alumiinioksidin kampanjoita.
Sintrattu vs. Fused Cast: The Key Distinction
Korkean alumiinioksidin zirkoniumoksiditiilet valmistetaan kahdella olennaisesti erilaisella prosessilla, ja valinnalla on merkitystä suorituskyvyn kannalta.
Sintratut korkea alumiinioksidipitoiset zirkoniumoksiditiiletvalmistetaan alumiinioksidi- ja zirkoniumoksidijauheista, puristetaan ja poltetaan korkeassa lämpötilassa. ZrO2-pitoisuus vaihtelee tyypillisesti välillä 5 % - 20 %. Ne ovat halvempia kuin sulavalutuotteet, niitä voidaan valmistaa vakio- ja mukautettuina muodoissa, ja niiden mikrorakenne -, jossa on jakautuneet ZrO₂-hiukkaset alumiinioksidimatriisissa -, antaa hyvän muunnosten sitkeyskäyttäytymisen. Ne ovat sopiva valinta useimpiin teollisiin uunisovelluksiin, joissa standardi korkea alumiinioksiditiili ei ole riittävä.
Valetut AZS-tiilet(alumiinioksidi-zirkoniumoksidi-piidioksidi) valmistetaan sulattamalla raaka-aineet ja valamalla muotteihin. ZrO₂-pitoisuus 33 %, 36 % tai 41 % tuottaa lasittoman -ultra-tiheän mikrorakenteen, jolla on poikkeuksellinen korroosionkestävyys. Nämä on suunniteltu vaativimpiin lasikoskettimiin ja niiden hinta on useita kertoja korkeampi kuin sintratut tuotteet. Ne eivät ole sama tuote kuin sintrattu korkea alumiinioksidipitoinen zirkoniumtiili, eikä niitä tule käyttää eritelmissä keskenään.
Mitä tulee tarkistaa ennen tilaamista
ZrO₂-pitoisuus ja hiukkaskoko- karkaisuhyöty riippuu siitä, että ZrO₂-hiukkaset ovat riittävän hienoja (tyypillisesti alle 5 µm) pysyäkseen metastabiilissa tetragonaalifaasissa. Karkeat ZrO₂-hiukkaset muuttuvat spontaanisti eivätkä edistä kovettumista. Pyydä mikrorakennetietoja tai hiukkaskoon spesifikaatiota, ei vain ZrO₂ kokonaisprosenttia.
Sintrattu vs. sulatettu valu- vahvista, mikä tuotantoprosessi on käytössä. Molemmilla on erilaiset mikrorakenteet, suorituskykyprofiilit ja kustannukset. Erittely, jossa lukee "AZS-tiili" ilman tuotantomenetelmän selventämistä, on epäselvä.
Näennäinen huokoisuus- kuona- ja lasikontaktisovelluksissa vaaditaan tyypillisesti alle 18 %:n huokoisuus. Suurempi huokoisuus nopeuttaa sulan tunkeutumista ZrO₂-pitoisuudesta riippumatta.
Lämpösokinkestävyystestitiedot- pyydä vesi- tai ilmavaimentimien lämpöshokkitestin tuloksia (jaksojen lukumäärä epäonnistumiseen) sen sijaan, että hyväksyisit "hyvästä lämpösokkien kestävyydestä" kertovan väitteen.
Usein kysytyt kysymykset
Onko korkea alumiinioksidipitoinen zirkoniumtiili sama kuin AZS-tiili?Ei aina. AZS (alumiinioksidi-zirkoniumoksidi-piidioksidi) viittaa tyypillisesti erityisesti sulatettuihin valutuotteisiin, joissa on 33–41 % ZrO₂ ja joita käytetään pääasiassa lasiuuneissa. Alumiinioksidipitoinen zirkoniumtiili on laajempi luokka, joka sisältää sintratut tuotteet, joiden ZrO₂-pitoisuus on pienempi (5–20 %) ja jotka valmistetaan useisiin teollisiin sovelluksiin. Molemmat sisältävät Al2O3:a ja ZrO2:ta, mutta eroavat ZrO2-prosentin, tuotantoprosessin, mikrorakenteen ja sovelluksen suhteen.
Tarkoittaako korkeampi ZrO₂-pitoisuus aina parempaa suorituskykyä?Ei yleismaailmallisesti. Korkeampi ZrO₂ parantaa korroosionkestävyyttä lasin ja kuonan kosketussovelluksissa. Mutta sintrattujen tiilien tiettyjen ZrO2-pitoisuuksien yläpuolella matriisi tulee alttiimmaksi katastrofaaliselle faasimuutoshalkeilulle, jos stabilointi on riittämätön. Optimaalinen ZrO₂-pitoisuus riippuu tietystä sovelluksesta - kuonakemiasta, lämpötilasta, lämpökiertotaajuudesta -, ei pelkästään "enemmän on parempi".
Voiko alumiinioksidipitoinen zirkoniumtiili korvata magnesiitti{0}}hiilitiilen teräskauhan kuonalinjoissa?Tietyissä sovelluksissa - erityisen puhtaan teräksen tuotannossa, jossa hiilen kerääminen MgO-C-tiilestä on laatuongelma - on käytetty vaihtoehtona korkean alumiinioksidipitoisuuden omaavaa zirkoniumtiiltä. Se ei vastaa MgO-C:n yleistä kuonankestävyyttä happiuunin perusolosuhteissa. Korvaaminen edellyttää kuonakemian, lämpötilan ja kampanjan kestovaatimusten arviointia ennen määrittämistä.
