Étude des phénomènes de diffusion à l'interface verre - réfractaire alumine-silice-zircone électrofondu

Abstract

In an earlier work the authors showed a relation between flux-line corrosion and the nature of the basic oxides in the glass. The least aggressive glasses usually contain strong bases (K2O, Na2O), and the most aggressive glasses have weak bases (CaO, MgO). An attempt has now been made to relate this observation to the diffusion of the oxides in an alumina-silica-zirconia refractory and, especially, at the interface. However the glassy phase, which provides the path for preferential attack, is transformed during heating of the furnace without any attack by the melt. These transformations have been studied by quenching and electron microprobe analysis. The results are compared with those of other authors. To simplify study of the phenomena at the interface, experiments were made with the glassy phase which exists in the refractory at high temperature rather than with the refractory itself. The micro-probe analysis showed much greater rates of diffusion for alkali- than for alkaline earth-metals. Attack by glasses containing strong bases occurs on a refractory already penetrated but attack by glasses containing weak bases occurs by dissolution at the interface without penetration beforehand. Dans un précédent travail, les auteurs ont montré qu'il existait une relation entre la corrosion des réfractaires au niveau de la flottaison et la nature des oxydes basiques contenus dans les verres. Les verres peu agressifs ont généralement pour modificateur de réseau une base forte (K2O, Na2O) alors que dans les verres les plus agressifs, les bases sont faibles (CaO, MgO). On essaye ici de relier cette observation à la diffusion de ces oxydes dans un réfractaire alumine-silice-zircone électrofondu et plus particulièrement à l'interface verre — réfractaire. Mais la phase vitreuse qui est la voie d'accès préférentielle se transforme à la mise en température du four et avant toute intervention du verre. Ces transformations sont étudiées par la méthode de trempe et analyse à la microsonde. Les résultats sont comparés à ceux publiés par d'autres auteurs. Pour simplifier l'étude des phénomènes à l'interface, on a travaillé non plus avec le réfractaire mais avec sa phase vitreuse telle qu'elle se présente à la température d'utilisation du réfractaire. La microanalyse met en évidence des vitesses de diffusion importantes pour les métaux alcalins et très faibles pour les métaux alcalino-terreux. L'attaque par les verres à bases fortes se fait sur un réfractaire déjà pénétré alors qu'avec les verres à base faible il s'agit plutôt d'une dissolution frontale sans pénétration du réfractaire. In einer vorangegangenen Veröffentlichung haben die Autoren gezeigt, daß zwischen der Korrosion der schmelzgegossenen Feuerfestmaterialien in der Spiegellinie und der Natur der im Glas enthaltenen basischen Oxide ein Zusammenhang besteht. Die wenig aggressiven Gläser haben im allgemeinen als Netzwerkwandler eine starke Base (K2O, Na2O), während bei sehr aggressiven Gläsern die Basen schwach sind (CaO, MgO). Es wird versucht, diese Beobachtung mit der Diffusion dieser Oxide in einem AZS-Material, speziell in der Grenzschicht Glas-Feuerfestmaterial in Zusammenhang zu bringen. Aber die Glasphase, die den bevorzugten Zugang darstellt, wird beim Antempern der Wanne bereits vor der Berührung mit dem Glas umgewandelt. Diese Umwandlungen werden durch die Abschreckmethode unter Zuhilfenahme der Elektronenstrahlmikrosonde untersucht und die Ergebnisse mit denen anderer Autoren verglichen. Um die Untersuchungen dieser Vorgänge in der Grenzschicht zu vereinfachen, hat man diese Versuche nicht mehr am Feuerfestmaterial, sondern nur an der Schmelzphase mit der Zusammensetzung, wie sie bei Betriebstemperatur des Feuerfestmaterials vorliegt, durchgeführt. Die Mikroanalyse zeigt deutlich die großen Diffusionsgeschwindigkeiten für Alkali- und die sehr geringen für Erdalkalimetalle. Das Feuerfestmaterial wird durch ein Glas starker Base angegriffen, wenn die Oxide schon eingedrungen sind, während bei einem Glas schwacher Base eine Lösung der Oberfläche ohne Diffusion der Oxide im Feuerfestmaterial erfolgt.