耐火材料及其应用和处理耐火材料的方法

本发明涉及一种处理其表面优选与玻璃熔体相接触的耐火材料的 方法。本发明还涉及该耐火材料本身，特别是该耐火材料的应用，涉 及一种制备和/或加工玻璃熔体的设备以及制备和/或加工玻璃熔体的 方法。

在玻璃制备中使用玻璃槽、加料通道、吹管、拉制工具等，其均 用耐火材料制成或用耐火材料衬里，并需耐受玻璃熔体的高温。

耐火材料意指耐火粘土、轻质耐火砖、硅线石砖、锆砖和含锆砖、 以及含Al2O3、SiO2、ZrO2和/或MgO或CrO成分的熔体浇铸砖。

这种耐火材料部分具有大孔、风化和高的透气度，这又对玻璃熔 体产生不利影响，由此可形成气泡、晶体、结点、砂石等或者它们会 被引入到熔体中。通过耐火材料的机加工也会形成孔，该孔通过玻璃 熔体的化学侵蚀导致耐火材料的腐蚀。因为玻璃熔体、废气或燃烧器 火焰腐蚀耐火材料，所以该耐火材料的使用寿命是不令人满意的，以 致仅经短的使用时间后必需将该耐火材料拆除，这又涉及到成本问 题。

由DE 10244040 C1已知一种用于玻璃熔体装置的烧结石英质材 料。这种不属于前述定义中的材料是双层结构，其由细粒的与熔体接 触的层和粗粒的层组成。也可经加热作用或经有目的地掺杂碱金属而 玻璃化的细粒层形易转变成更耐熔体的方英石层，而粗粒层提供良好 的机械强度。但这种构件的制备是复杂的，并且完全由SiO2组成的材 料在如制备特种玻璃所遇到的较高温度下会受到强磨损。

本发明的目的在于提供一种用于处理由耐火粘土、轻质耐火砖、 硅线石砖、锆砖和含锆砖以及含Al2O3、SiO2、ZrO2和/或MgO或CrO 成分的熔体浇铸砖制成的耐火材料的方法，其一方面阻止耐火材料的 腐蚀，另一方面对玻璃熔体或玻璃产品的特性不产生有害影响。本发 明的目的还在于提供一种耐腐蚀的耐火材料。

此外，本发明的目的还在于提供经处理过的耐火材料的特别应 用、制备和/或处理玻璃的设备和方法。

用于处理由耐火粘土、轻质耐火砖、硅线石砖、锆砖和含锆砖以 及含Al2O3、SiO2、ZrO2和/或MgO或CrO成分的熔体浇铸砖制成的 耐火材料的方法在于用激光辐射处理该耐火材料的表面。

已表明，通过激光处理实现孔隙度最少化以及通过该耐火材料的 硅质成分的部分或全部玻璃化实现表面的固化和硬化。已表明，在表 面层发生转变时产生的机械应力对该表面层的机械强度无不利影响。

优选是通过激光辐射将该耐火材料的表面加热到至少2000℃。该 方法的优点在于，仅需加热有关的表面而非整个材料。表面的玻璃化 需要强的热辐射源(如H2燃烧器或等离子体燃烧器或激光)。激光辐 射的优点在于，其提供高的能量密度、确定的热点形成和非常好的可 调性以及热功率的可再现性。激光能量输入与介质无关，如在例如快 速流动的燃烧气体情况下，该气体可导致所形成的熔体层变形及导致 污染。

优选是入射到表面的功率密度约为2-4W/mm2，特别是约3 W/mm2。有效的辐照时间为0.1-5秒，优选0.5-3秒。有利的是应用波 长为9-11μm的缴光束。

优选应用CO2激光器。CO2激光器的优点在于其辐射波长在10.6 μm范围内。已表明，CO2激光器是高功率激光，其最好与耐火材料的 吸收特性相适配。此外，激光处理方法的优点在于无副产物如COx或 水蒸气形成，例如在应用H2燃烧器时该副产物对表面会有不利影响。

优选用移进速度为1-10mm/s的激光束对表面进行处理，这时在表 面上的该激光束的直径为2-5mm。由此产生的功率密度为2-4 W/mm2，该功率密度在耐火材料表面上导致玻璃状的封闭层，同时无 材料侵蚀。

依玻璃类型不同，如果该表面在激光处理前或期间用粉末或用在 水、醇、酮或其它等中的溶液进行喷射是有利的，该粉末/溶液包含含 锆化合物和/或含铝化合物。由此，该表面以防止所接触的玻璃熔体的 有害结晶作用的方式被改变。此外，整个陶瓷体可经含有含锆化合物 的溶液渗滤。

该耐火材料经激光处理后可如通常一样进行退火。

由耐火粘土、轻质耐火砖、硅线石砖、锆砖和含锆砖以及含Al2O3、 SiO2、ZrO2和/或MgO或CrO成分的熔体浇铸砖制成的其表面优选与 玻璃熔体相接触的耐火材料具有用激光束处理过的表面。

该表面层优选是玻璃状的封闭层，该层具有耐火材料组分作为主 成分。

该耐火林料优选具有厚度为100-1000μm的表面层。已表明，这种 厚度足以有效地防止通过该层从耐火材料向玻璃熔体的传输过程和从 玻璃熔体向耐火材料的传输过程。

优选是在表面层中存在锆化合物和/或铝化合物。如果在激光处理 前或期间涂覆相应的粉末或溶液，则在表面上就会存在这些化合物。

这种用激光处理过的由耐火粘土、轻质耐火砖、硅线石砖、锆砖 和含锆砖以及含Al2O3、SiO2、ZrO2和/或MgO或CrO成分的熔体浇 铸砖组成的耐火材料的特别应用在于，用该耐火材料用于制成玻璃 槽、Danner吹管、加料通道和/或拉制工具。

另一应用涉及炉结构，特别是玻璃炉结构和这里除玻璃槽外还有 罐炉，其中耐火材料用于提高对侵蚀气体、高温等的耐受性。

本发明的用于制备和/或加工玻璃熔体的设备，该设备具有与玻璃 熔体相接触的耐火材料部件，该耐火材料由耐火粘土、轻质耐火砖、 硅线石砖、锆砖和含锆砖以及含Al2O3、SiO2、ZrO2和/或MgO或CrO 成分的熔体浇铸砖组成，并具有用激光束处理过的表面。这类设备具 有明显较长的使用时间，以致可明显降低在这种设备中更换耐火材料 的成本。

该用于制备和/或加工玻璃熔体的方法在于，该玻璃熔体与由耐火 粘土、轻质耐火砖、硅线石砖、锆砖和含锆砖以及含Al2O3、SiO2、ZrO2 和/或MgO或CrO成分的熔体浇铸砖组成的耐火材料的表面接触，该 表面经激光束处理过。

下面用附图说明示例性的实施方案。

附图简介：

图1a示出耐火材料的截面示意图

图1b示出具有相邻玻璃层的耐火材料的REM照片

在实验装置中，如用于Danner吹管的耐火材料经激光束辐照。为 此使用束直径约为4mm的100W的CO2激光器。激光镜组用Z--平 移单元(2mm步距)在耐火材料上方移功，以在耐火物体上产生稍重 叠的激光踪迹。在激光功率约为40W情况下，移进速度为1.65-5 mm/s。以这种方式加工直经为190mm的Danner吹管。对宽为20cm 的周边带约需8小时。

接着使玻璃熔体与该耐火材料相接触。在加载约1280℃的玻璃熔 体时表明，在表面形成的玻璃状层保持稳定。通过使用具有经激光处 理过的表面的工具缩短了总共所需的转换时间、降低了工具腐蚀和提 高了成品的质量。

图1a中示出耐火材料1a的截面示意图。通过激光处理在表面上 实现转变，以致形成玻璃状的表面层1b。

图1b中示出具有用激光束处理过的耐火层的REM照片。明显表 明，称为“激光层”的层1b比其下的层1a具有明显更致密的结构。 相邻的玻璃层是无气泡的。