標準高アルミナレンガ75% Al₂O₃ は、幅広い工業炉用途で優れた性能を発揮します。同じベース組成に 5 ～ 15% の ZrO₂ を添加すると、レンガの外観や設置方法を根本的に変えることなく、レンガは目に見えて割れにくくなり、溶融スラグ、ガラス、金属の攻撃に対する耐性が著しく向上します -。
その理由は、単にジルコニアがアルミナよりも硬い、またはより耐火性の高い材料であるというだけではありませんが、どちらも真実です。性能の向上は、ジルコニアがアルミナマトリックスに導入する 2 つの特定のメカニズムによってもたらされます。- メカニズムは、Al₂O₃ 含有量に関係なく、標準の高アルミナレンガだけでは達成できません。
ジルコニアがレンガマトリックス内で何をするか
変態強化
ジルコニアは、温度に応じて、立方晶（約 2,370 度以上）、正方晶（1,170 度～2,370 度）、単斜晶（約 1,170 度未満）の 3 つの結晶相で存在します。正方晶から単斜晶への相変化には、約 3 ～ 5% の体積膨張が伴います。
高アルミナジルコニアレンガでは、微細な ZrO2 粒子がアルミナマトリックス中に分散され、周囲の材料の拘束によって準安定正方晶相で安定化されます。亀裂が発生し、レンガ内に伝播すると、亀裂の先端近くの ZrO₂ 粒子に対する拘束が緩和されます。これらの粒子はすぐに単斜晶相に変化し、局所的に拡大します。この局所的な拡大により、亀裂の先端には、亀裂を前進させていた引張応力とは直接反対の圧縮応力 - がかかります。
亀裂が伝播するには、より強力な努力が必要です。破壊靱性が向上します。このレンガは、同様のアルミナ含有量の標準的な高アルミナレンガに目に見える亀裂が入るような熱衝撃や機械的衝撃に耐えます。
これは変態強化です - ジルコニア-強化アルミナ (ZTA) エンジニアリング セラミックスで使用されるのと同じ原理 - が工業用耐火レンガに適用されます。それは漠然とした品質の向上ではありません。これは破壊靱性の測定可能な増加であり、通常、標準的な高アルミナの 2～3 MPa・m 1/2 から、適切な ZrO₂ 含有量と粒子サイズを備えたアルミナ-ジルコニア複合材料の場合 4～6 MPa・m 1/2 です。
粒界耐食性
標準的な高アルミナレンガには、粒界にガラス相 - が含まれています。これは、焼成中に不純物から形成された残留ケイ酸塩材料です。このガラス相は、結晶相よりも前に軟化し、攻撃的な溶融物中でより容易に溶解するため、スラグ、ガラス溶融物、および溶融金属がレンガに浸透するための主要な経路です。
ZrO₂ を添加すると、焼成中にシリカ不純物の一部が消費されてジルコン (ZrSiO4) が形成され、有効なガラス相含有量が減少します。- ジルコンは、ガラス相が存在する温度で軟化したり流動したりしない、より安定した化合物です。粒界のジルコン相は、レンガ内部への腐食性溶融物の浸透を遅らせます。ガラス接触ゾーンや製鋼スラグラインでは、レンガ表面での化学的攻撃が主な破損モードとなるため、この粒界化学の違いは耐用年数の長さに直接つながります。
標準的な高アルミナレンガでは不十分な点
標準的な高アルミナレンガ - は、Al₂O₃ 80% であっても - には、攻撃的な炉ゾーンで 2 つの脆弱性があります。
熱衝撃による亀裂の進展。頻繁な温度サイクル、電荷の影響、または急峻な温度勾配があるゾーンでは、亀裂は表面の傷から始まり、内部に広がります。レンガはすぐには壊れません - 微細な亀裂のネットワークが発達し、セクションが切り離されるまで連続したキャンペーンで構造の完全性が低下します。- Al2O3 含有量を増やすと耐火性は向上しますが、破壊靱性は実質的に向上しません。
溶融媒体中での溶解。溶融ガラス、鉄スラグ、鉄鋼スラグ、および非鉄金属の溶融物はすべて、高アルミナレンガを化学的に攻撃します。-攻撃速度は、溶融物がどれだけ容易にレンガの微細構造に浸透し、粒界相を溶解できるかによって決まります。ガラス-相-が豊富な粒界を持つレンガは、総 Al₂O₃ の割合に関係なく、ジルコン-で安定化された粒界を持つレンガよりも脆弱です。
高アルミナ ジルコニア レンガは両方の脆弱性に同時に対処します -。これが、標準グレードが耐用年数限界に早期に達するゾーンで指定されている理由です。
違いが分かるアプリケーション
ガラス炉の接触ゾーン
ガラス溶解炉のスロート、側壁、底部は、1,300 度～1,500 度の溶融ガラスと継続的に接触します。これは、耐火物にとって最も腐食性の高い環境の 1 つです。- ガラス溶融物は積極的に粒界相を溶解し、細孔チャネルに浸透します。高アルミナ ジルコニアれんが、特に 10 ～ 15% の ZrO₂ を含む焼結 AZS グレードは、標準の高アルミナに比べて、溶解速度とガラスの浸透深さを減少させることにより、これらのゾーンでの耐用年数を延長します。
最も極端なガラス接触位置の場合、- 個のタンクブロック、メルトゾーンの舗装機 -溶融鋳造AZS33～41% の ZrO₂ を含む（アルミナ-ジルコニア-シリカ）が標準仕様です。 ZrO₂ 含有量が低い焼結高アルミナ ジルコニアれんがは、溶融鋳造コストが正当化されず、標準的な高アルミナ性能が不十分である中間の位置を占めます。
鋼取鍋スラグライン
鋼製取鍋のスラグ ラインは最大の摩耗ゾーン - で、鋼浴とその上のスラグとの境界であり、スラグからの化学的攻撃と、撹拌や注湯による機械的侵食の両方が最も激しくなります。マグネシア-カーボンレンガ電気炉および塩基性酸素炉取鍋のスラグ ラインには主に選択されています。炭素汚染を避ける必要がある清浄な鋼を加工する取鍋では、標準の高アルミナグレードと比較して耐スラグ性が向上した高アルミナジルコニアれんがが代替品となります。
セメントキルン移行ゾーン
セメントロータリーキルンの燃焼ゾーンと冷却ゾーンの間の移行ゾーンには、熱サイクルと部分的に溶融したクリンカーとの接触の両方が含まれます。高アルミナジルコニアレンガは、サイクルによる熱衝撃と液体クリンカー相からの化学的攻撃が組み合わさって標準的なレンガの作業を短縮するこのゾーンに適用されています。
非鉄-製錬炉
銅、アルミニウム、亜鉛の精錬炉は、鉄鋼スラグとは異なる化学的性質を持つスラグを処理しますが、同様に耐火物の粒界を積極的に攻撃します。高アルミナ ジルコニア レンガは、熱衝撃と化学攻撃の組み合わせにより標準的な高アルミナ キャンペーンが短縮される転炉ライニング位置および洗浄ライニングで使用されます。
焼結キャストと溶融キャスト: 主な違い
高アルミナ ジルコニア レンガは 2 つの根本的に異なるプロセスで製造され、どちらを選択するかが性能に重要です。
ハイアルミナジルコニア焼結れんがアルミナとジルコニアの粉末から製造され、プレスされ、高温で焼成されます。 ZrO₂ 含有量は通常 5% ～ 20% の範囲です。これらは溶融鋳造製品よりも安価で、標準形状およびカスタム形状で製造でき、アルミナ マトリックス内に分散した ZrO₂ 粒子を含む微細構造 - - により、良好な変態強化挙動が得られます。これらは、標準的な高アルミナレンガでは不十分なほとんどの工業炉用途に適切な選択肢です。
溶融鋳造AZSレンガ（アルミナ-ジルコニア-シリカ）は、原材料を溶かして型に流し込むことによって製造されます。 ZrO₂ 含有量が 33%、36%、または 41% であると、ガラスを含まず、優れた耐食性を備えた超高密度の微細構造が生成されます。-これらは最も要求の厳しいガラス接触位置向けに仕様化されており、焼結製品の数倍のコストがかかります。これらは焼結高アルミナジルコニアれんがと同じ製品ではないため、仕様において互換的に使用しないでください。
ご注文前にご確認いただきたいこと
ZrO₂含有量と粒子径- 強化の利点は、ZrO₂ 粒子が準安定な正方晶相に留まるのに十分な微細さ（通常は 5 μm 未満）であるかどうかによって決まります。粗大な ZrO2 粒子は自然に変形し、強化には寄与しません。 ZrO₂ の合計パーセンテージだけでなく、微細構造データや粒子サイズの仕様もリクエストしてください。
焼結鋳造と溶融鋳造の比較- どの製造プロセスが適用されるかを確認してください。この 2 つは、微細構造、性能プロファイル、コストが異なります。製造方法を明確にせずに「AZSレンガ」と記載した仕様は曖昧です。
見かけの気孔率- スラグおよびガラスとの接触用途では、通常、18% 未満の見かけの気孔率が必要です。空隙率が高いと、ZrO₂ 含有量に関係なく溶融浸透が促進されます。
耐熱衝撃試験データ- は、「良好な耐熱衝撃性」という説明的な主張を受け入れるのではなく、水冷または空気急冷の熱衝撃試験結果 (故障までのサイクル数) を要求してください。
よくある質問
ハイアルミナジルコニアれんがはAZSれんがと同じですか?いつもではありません。 AZS (アルミナ-ジルコニア-シリカ) とは、通常、主にガラス炉で使用される、33 ～ 41% の ZrO₂ を含む溶融鋳造製品を指します。高アルミナジルコニアれんがは、ZrO₂ 含有量が低い (5 ～ 20%) 焼結製品を含む幅広いカテゴリであり、幅広い産業用途向けに製造されています。どちらも Al2O3 と ZrO2 を含んでいますが、ZrO2 の割合、製造プロセス、微細構造、用途が異なります。
ZrO₂ 含有量が高いほど常にパフォーマンスが向上するのでしょうか?普遍的ではありません。 ZrO₂ が多いと、ガラスやスラグと接触する用途での耐食性が向上します。しかし、焼結レンガ中の一定の ZrO2 濃度を超えると、安定化が不十分な場合、マトリックスに壊滅的な相変態亀裂が発生しやすくなります。最適な ZrO₂ 含有量は、単に「多ければ多いほど良い」というわけではなく、特定の用途 - スラグの化学的性質、温度、熱サイクル頻度 - に依存します。
高アルミナジルコニアれんがは、鋼取鍋スラグラインのマグネシア-炭素れんがの代わりに使用できますか?特定の用途では、-、MgO-C れんがからの炭素の吸収が品質上の懸念となる、特にクリーンな鉄鋼生産において、代替品として高アルミナ ジルコニアれんがが使用されています。基本的な酸素炉条件における一般的なスラグ耐性においては、MgO-C には匹敵しません。代替には、指定する前に、特定のスラグの化学的性質、温度、およびキャンペーン寿命の要件を評価する必要があります。
