플로트 유리 용해로에서 용융 코런덤 벽돌의 적용

용융 코런덤 벽돌전기로에서 용융된 알루미나를 특정 형상의 지정된 모델로 주조하고, 어닐링 및 보온 처리한 후 가공하여 원하는 제품을 얻습니다. 일반적인 생산 공정은 고순도 소성 알루미나(95% 이상)와 소량의 첨가제를 사용하여 재료를 전기로에 넣고 2300°C 이상의 고온에서 용융시킨 후 미리 제작된 금형에 부어 보온하는 것입니다. 어닐링 후 꺼내어 정밀 냉간 가공, 사전 조립 및 검사를 거쳐 요구 사항을 충족하는 완제품을 만듭니다.

용융 코런덤 벽돌은 알루미나의 결정 형태와 함량에 따라 세 가지 유형으로 나뉩니다. 첫째는 α-Al₂O₃가 주 결정상으로 존재하는 α-코런덤 벽돌이고, 둘째는 α-Al₂O₃와 β-Al₂O₃가 동일한 함량으로 존재하는 αβ 코런덤 벽돌이며, 셋째는 β-Al₂O₃가 주 결정상으로 존재하는 β 코런덤 벽돌입니다. 플로트 유리 용해로에 일반적으로 사용되는 용융 코런덤 벽돌은 두 번째와 세 번째 유형, 즉 용융 αβ 코런덤 벽돌과 β 코런덤 벽돌입니다. 본 논문에서는 용융 αβ 코런덤 벽돌과 β 코런덤 벽돌의 물리적 및 화학적 특성과 플로트 유리 용해로에서의 적용에 대해 중점적으로 살펴볼 것입니다.

1. 용융 코런덤 벽돌의 성능 분석

1. 1 용융 αβ 코런덤 벽돌

용융 αβ 코런덤 벽돌은 약 50%의 α-Al₂O₃와 β-Al₂O₃로 구성되어 있으며, 두 결정이 서로 얽혀 매우 조밀한 구조를 형성하여 강알칼리 부식에 대한 저항성이 뛰어납니다. 고온(1350°C 이상)에서의 내식성은 용융 AZS 벽돌보다 약간 떨어지지만, 1350°C 이하의 온도에서는 용융 유리에 대한 내식성이 용융 AZS 벽돌과 동등합니다. Fe₂O₃, TiO₂ 등의 불순물을 함유하지 않아 기지 유리상이 매우 작고, 용융 유리와 접촉 시 기포 등의 이물질 발생 가능성이 낮아 기지 유리의 오염을 방지합니다.

용융 αβ 코런덤 벽돌은 결정 구조가 치밀하고 1350°C 이하의 용융 유리에 대한 내식성이 뛰어나 유리 용해로의 작업조 및 그 주변부, 특히 런더, 립 벽돌, 게이트 벽돌 등에 널리 사용됩니다. 세계 최고 수준의 용융 코런덤 벽돌은 일본의 도시바사에서 생산합니다.

1.2 용융 β 코런덤 벽돌

용융 β-코런덤 벽돌은 거의 100% β-Al₂O₃로 구성되어 있으며, 크고 판상 형태의 β-Al₂O₃ 결정 구조를 가지고 있습니다. 크기가 크고 강도는 다소 떨어지지만, 박리 저항성이 우수하고 특히 강알칼리 증기에 대한 내식성이 매우 뛰어나 유리 용융로 상부 구조에 사용됩니다. 그러나 알칼리 함량이 낮은 분위기에서 가열하면 SiO₂와 반응하여 β-Al₂O₃가 쉽게 분해되고 부피 수축으로 인해 균열이 발생할 수 있으므로 유리 원료가 비산되는 곳에서 멀리 떨어진 곳에 사용해야 합니다.

1.3 용융 αβ 및 β 코런덤 벽돌의 물리적 및 화학적 특성

용융된 α-β 및 β 코런덤 벽돌의 화학 조성은 주로 Al₂O₃이며, 차이점은 주로 결정상 조성에 있고, 이러한 미세 구조의 차이로 인해 부피 밀도, 열팽창 계수 및 압축 강도와 같은 물리적 및 화학적 특성에 차이가 발생합니다.

2. 유리 용해로에서 용융 코런덤 벽돌의 적용

수영장의 바닥과 벽면은 모두 유리액과 직접 접촉합니다. 유리액과 직접 접촉하는 모든 부분에서 내화재료의 가장 중요한 특성은 내식성, 즉 내화재료와 유리액 사이에 화학 반응이 일어나지 않는 것입니다.

최근에는 용융 유리와 직접 접촉하는 용융 내화 재료의 품질 지표를 평가할 때 화학 조성, 물리적 및 화학적 지표, 광물 조성 외에도 유리 침식 저항 지수, 기포 침전 지수, 결정화 침전 지수 등 세 가지 지표를 추가로 평가해야 합니다.

유리 품질에 대한 요구 수준이 높아지고 용광로의 생산 능력이 증대됨에 따라 용융 전기 벽돌의 사용 범위가 더욱 넓어질 것입니다. 유리 용해로에 일반적으로 사용되는 용융 벽돌은 AZS 계열(Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂) 용융 벽돌입니다. AZS 벽돌은 1350℃ 이상의 온도에서 αβ-Al₂O₃ 벽돌보다 내식성이 2~5배 뛰어납니다. 용융 αβ 코런덤 벽돌은 미세한 α-알루미나(53%)와 β-알루미나(45%) 입자가 촘촘하게 배열되어 있으며, 결정 사이의 기공을 채우는 소량의 유리상(약 2%)을 함유하고 있어 순도가 높습니다. 따라서 냉각부 풀 벽 벽돌, 냉각부 바닥 포장 벽돌, 이음매 벽돌 등으로 사용할 수 있습니다.

용융 αβ 코런덤 벽돌은 광물 조성상이 매우 적어 사용 중 유리액이 스며 나와 오염시키지 않으며, 내식성이 우수하고 1350°C 이하의 고온에서 뛰어난 내마모성을 나타냅니다. 유리 용해로의 냉각부에 사용되는 내화 재료로, 플로트 유리 용해로의 탱크 벽, 탱크 바닥, 런더 등에 이상적입니다. 플로트 유리 용해로 설계 프로젝트에서 용융 αβ 코런덤 벽돌은 유리 용해로 냉각부의 풀 벽 벽돌로 사용됩니다. 또한, 냉각부의 바닥 벽돌 및 덮개 줄눈 벽돌로도 사용됩니다.

용융 β-코런덤 벽돌은 β-Al₂O₃ 조결정으로 구성된 백색 제품으로, 92%~95%의 Al₂O₃와 1% 미만의 유리상을 함유하고 있습니다. 결정 격자가 느슨하여 구조적 강도가 비교적 약하며, 겉보기 다공성은 15% 미만입니다. Al₂O₃ 자체는 2000°C 이상에서 나트륨으로 포화되기 때문에 고온에서 알칼리 증기에 대해 매우 안정적이며 열 안정성 또한 우수합니다. 그러나 SiO₂와 접촉하면 β-Al₂O₃에 함유된 Na₂O가 분해되어 SiO₂와 반응하고, β-Al₂O₃는 쉽게 α-Al₂O₃로 변환되어 큰 부피 수축을 일으키고 균열 및 손상을 유발할 수 있습니다. 따라서 이 제품은 유리 용융로의 작업 풀 상부 구조물, 용융 구역 후면의 배출구 및 그 주변의 난간, 소형 용광로 수평 조절 장치 등과 같이 이산화규소(SiO2) 비산 분진이 발생하지 않는 상부 구조물에만 적합합니다.

휘발성 알칼리 금속 산화물과 반응하지 않기 때문에 벽돌 표면에서 용융 물질이 스며 나와 유리를 오염시키는 일이 없습니다. 플로트 유리 용해로에서 냉각부 유로 입구가 급격히 좁아지는 부분 때문에 알칼리 증기가 응축되기 쉬운데, 이 부분의 유로는 알칼리 증기에 의한 부식에 강한 용융 β 벽돌로 만들어집니다.

3. 결론

용융 코런덤 벽돌은 유리 침식 저항성, 발포 저항성, 석재 저항성 등 우수한 특성을 지니고 있으며, 특히 독특한 결정 구조 덕분에 용융 유리를 거의 오염시키지 않습니다. 따라서 정제 벨트, 냉각부, 러너, 소형 용광로 등 다양한 부품에 중요한 용도로 사용됩니다.