Thermische Belastbarkeit von Silikasteinen in der Glasindustrie

Abstract

Refractoriness refers to the possible temperature of service without reference to impurity oxides present in the silica. The parameter for evaluating refractoriness may be the temperature for specified linear contraction (ta), contraction at a given temperature, or length of time to produce a given deformation. These parameters are affected by the texture of the material as well as chemical composition, particularly Al203 content. Determinations of ta and contractions at given temperatures and loads have shown that the influence of proportions of Al203 below 1,0 to 0,8 % is very small as theory predicts. Recognition of this finding has made it possible to market special bricks within this limit. With these bricks furnace temperatures of 1620 to 1650 °C can be maintained. In practice the refractoriness under load depends not only on the temperature limits quoted but also on furnace design and Operation (e.g. dust carry over and deposition on the silica). The temperature limits that are possible can only be attained in practice if all the other factors affecting furnace life are optimized. If even higher furnace temperatures are needed because of greater furnace loads or alkali content can not be reduced to a minimum, other refractory materials must be used. The possibility of using mullite must then be considered and good results have recently been obtained by using it in furnace superstructures. Whether the extra expense is justifiable must then be considered. Par sollicitations thermiques admissibles, il faut entendre les sollicitations qui peuvent intervenir du fait de la température, abstraction faite des oxydes étrangers éventuellement introduits. L'unité de mesure qui permet d'évaluer la sollicitation thermique admissible est la valeur ta, et, plus récemment, le fluage sous pression et la résistance aux sollicitations de longue durée. La valeur ta et le fluage sous pression dépendent non seulement de la structure des briques, mais aussi de leur composition chimique et, en particulier, de leur teneur en Al 203 . Les déterminations de la valeur ta et du fluage sous pression, à différentes températures et pour différentes charges, ont montré que, si l'on se base sur des considérations théoriques, l'influence de Al 203 présent en teneurs de l'ordre de 0,8 à 1 % est très faible et ne peut, dans la pratique, être mise en évidence par des mesures. Les briques de silice spéciales que l'industrie du verre peut actuellement trouver sur le marché satisfont donc amplement aux exigences. Elles permettent de maintenir des températures de 1620 à 1650 °C dans les fours. Cependant, le problème de la sollicitation thermique admissible des briques de silice recouvre en fait celui de la résistance des briques à un usage prolongé. Ce dernier point ne dépend plus alors uniquement de la limite d'utilisation thermique préétablie, mais encore et surtout du mode de construction des fours et de leur fonctionnement, comme par exemple du niveau de poussières. La tenue à l'usage qui correspond à la limite d'utilisation thermique préétablie ne peut alors être atteinte que si tous les autres facteurs qui conditionnent la durée de vie du four de verrerie sont en même temps ajustés de facon optimale. Si une tirée accrue nécessite une augmentation ultérieure des températures de fusion ou si l'apport d'alcalis ne peut être réduit au minimum, seule l'utilisation d'autres réfractaires reste possible. C'est ici qu'interviennent les réfractaires de mullite, qui ont récemment donné d'excellents résultats pour les superstructures de fours. Il faut alors, en tous cas, calculer si l'investissement financier requis est justifié. Unter thermischer Belastbarkeit ist die mögliche Beanspruchung durch die Temperatur ohne Berücksichtigung irgendwelcher zugeführter Fremdoxide zu verstehen. Das Maß für die Bewertung der thermischen Belastbarkeit ist der ta-Wert und neuerdings auch das Druckfließen oder die Dauerstandsfestigkeit. Der ta-Wert und das Druckfließen sind neben der Steintextur von der chemischen Zusammensetzung, insbesondere vom Al2O3-Gehalt, abhängig. Bestimmungen des ta-Wertes und des Druckfließens bei verschiedenen Temperaturen und Belastungen haben gezeigt, daß der Einfluß des Al2O3-Gehaltes in Mengen unter 1,0 bis 0,8 % auf Grund theoretischer Überlegungen nur gering sein und meßtechnisch auch praktisch nicht mehr erfaßt werden kann. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache genügen die z. Z. speziell für die Glasindustrie auf dem Markt befindlichen Silikasteine weitgehend den gestellten Anforderungen. Mit diesen Steinen müßten Ofentemperaturen von 1620 bis 1650 °C im Dauerbetrieb möglich sein. Hinter der Frage nach der thermischen Belastbarkeit von Silikasteinen steckt in Wirklichkeit die Frage nach der Haltbarkeit der Steine im Betrieb, die aber nicht nur von der vorgegebenen thermischen Anwendungsgrenze, sondern auch von der Ofenkonstruktion und der Betriebsweise, z. B. dem Verstaubungsgrad, entscheidend abhängt. Eine der vorgegebenen thermischen Anwendungsgrenze angemessene Haltbarkeit wird nur dann erreicht, wenn gleichzeitig alle anderen Einflußgrößen, die die Lebensdauer eines Glasschmelzofens bestimmen, optimal abgestimmt sind. Wenn auf Grund gesteigerter Durchsätze die Schmelztemperaturen weiter erhöht werden müssen oder die Alkalizufuhr nicht auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann, bleibt nur noch die Möglichkeit, andere Feuerfestmaterialien einzusetzen. Hier kämen z. B. Mullitsteine in Frage, mit denen in letzter Zeit bereits gute Erfahrungen im Oberbau von Glasschmelzöfen gemacht wurden. Allerdings muß dann kalkuliert werden, ob der finanzielle Mehraufwand gerechtfertigt ist.