西普耐材始终强调“共铸零碳玻璃工业，打造璀璨光明未来”这一使命愿景，并致力于提供“贯穿窑炉生命周期的技术服务”。

然而，实现净零碳窑炉需要新的熔化技术，而这些新技术将导致更恶劣的操作条件，例如温度更高、温度变化大、局部玻璃液对流更快，以及炉内气氛成分的改变。所有这些变化都将对耐火材料产生重大影响。

为此，西普耐材正在开发新一代耐火材料，并进行了一系列实验来预测其在电熔化、混合熔炉和氢气燃料中的侵蚀现象。想知道它实战表现如何吗？往下阅读，一探究竟吧！

延长净零碳玻璃窑炉寿命解决方案

新一代耐火材料与目前的AZS相比，具备更高的抗侵蚀性，同时没有高锆产品那样对向上钻蚀机理那么敏感。此产品还能保持所需的高玻璃质量，不会产生结石或着色问题。

为了使玻璃制造工艺脱碳，玻璃行业目前正在评估几种途径：使用低碳替代燃料(如氢气)来代替天然气，或者使用电极进行电熔化或混合熔化。

这些新的熔化条件对耐火材料来说更加苛刻，我们需要在实验室规模上进行几组试验，以重现新的熔化条件。因此，西普耐材开发了一种采用U形样品砖的流液洞专用测试。测试用的耐火材料被加工成U形，重现流液洞的盖板砖和侧壁砖。然后将它们安装在充满玻璃液的铂金坩埚，或安装在能重现玻璃窑炉的试验炉里，在适当温度下运行几百个小时。

测试流液洞材料的“U形”侵蚀试验

测试结束后，使用3D扫描和手动测量来量化流液洞砖的预期侵蚀情况。

当电熔耐材在高温下接触玻璃液时，玻璃中的元素向耐材的玻璃相内扩散及耐材中的晶体在玻璃内的溶解而形成界面（见图5）。晶体在这种界面玻璃中的溶解度越低，则耐火材料的抗侵蚀性就越好。众所周知，在大多数玻璃中氧化锆的溶解度低于氧化铝和二氧化硅。ZrO2含量高的AZS材料在动态侵蚀条件下表现出更优异的抗侵蚀性。

然而，对于某些特殊部位例如液面线或流液洞来说，在抗侵蚀上，氧化锆含量高的产品并不总是能提供所期望的和成比例的改善。

对于耐材的垂直面或流液洞的下表面，当界面玻璃富集氧化锆时，我们观察到界面玻璃的密度和表面张力增加。由于其自身的密度和马兰戈尼效应，这种转变后的玻璃倾向于从界面流出，从而导致界面层不断更新：因此，氧化锆的溶解度没有达到极限，可以观察到点蚀。附着在流液洞部位的气泡助推了这一机理。

侵蚀耐材的玻璃液主要液流状态

更抗侵蚀性的新产品开发

随着在高增压炉或混合炉中的流液洞和池壁温度的升高，市场上需要更耐侵蚀的材料。来自西普耐材的名为 XiROC 95 RT 的新材料已经开发并获得了专利。这种材料含有85%的氧化锆，还含有氧化铝及二氧化硅玻璃相。这种材料在市场上是独一无二的，并定义了介于AZS和HZ材料之间的新品种耐火材料。

新品种耐材的流液洞盖板砖外观及其微观结构(SEM）

我们可以通过下列实验一瞥 XiROC 95 RT 的性能。

01
XiROC 95 RT 的抗侵蚀性能

在实际生产中，困在砖材下表面的气泡会导致无法控制和加速的侵蚀机理，导致侵蚀速率比我们在动态侵蚀测试中观察到的速度快几倍。这种机理被称为向上钻蚀，当玻璃-耐材界面具有低粘度、高表面张力和高密度时，这种机理尤为显著。

氧化锆含量高的电熔耐材由于形成高密度和低粘度的界面玻璃，通常表现出快速的向上钻蚀。因此，虽然氧化锆本身能提供较高的耐腐蚀性，但是由此带来的使用寿命并不一定更长。

此外，进入流液洞的高速玻璃液流是盖板侵蚀的加剧因素。这就是为什么氧化锆含量低的AZS材料也会受到强烈侵蚀，没有向上钻蚀模式，但界面转变强烈。

流液洞的侵蚀形貌: AZS vs 高锆

玻璃窑炉流液洞的多次停炉观察证实，与AZS材料相比，氧化锆含量更高会略微提高流液洞盖板的使用寿命，但这些表现在很大程度上取决于窑炉操作条件。

新型XiROC 95 RT结合了两个材料系列的优点：氧化锆在玻璃中的溶解度低，其表面由富含氧化铝的高粘度界面保护。

在钠钙玻璃中氧化铝和氧化锆的溶解度

用作流液洞或池壁，与高锆砖相比，XiROC的向上钻蚀将减少：与AZS材料相比，常规侵蚀速度也减慢。

02
在钠钙玻璃中的应用测试：

将无色钠钙玻璃放入实验室规模的炉子里，炉子由各种AZS和高锆材料组成，称为小型炉测试。通过这种测试，西普耐材对AZS 40、高锆砖和新型XiROC 95 RT进行了比较。

每个U形样品的体积损失已通过3D扫描测量。向上钻蚀的耐腐蚀性通过使用与顶面体积损失成反比的指数来评定。指标越高，抗侵蚀性越好。

钠钙玻璃中U形耐材样品的侵蚀形貌 – 小型试验炉

AZS 40 U形样品显示出强烈的转变。其“腿”砖的棱边也显示出明显的侵蚀。AZS 40的氧化锆含量较低，侵蚀和转变较大。高倍镜下钝化区的显微结构观察到霞石结晶。AZS 40显示出高度转化的~1.2 mm厚度的粘性界面。由于这个区域通过多气孔的区域连接到核心材料，界面层中的AZS晶体会进一步产生玻璃缺陷。

微观结构3：AZS 40由皮及里的形貌

高锆U形样品显示出强烈的向上钻蚀，但其“腿”砖的棱边仍然保持棱角。高锆的微观结构在接触玻璃区域的外围有氧化锆颗粒被侵蚀。在高锆样品中可以看到氧化锆向锆英石的局部转变。高锆表面富含氧化锆，这就是造成高锆向上钻蚀的原因。

在钠钙玻璃中侵蚀后，高锆砖的微观结构

XiROC 95 RT样品的向上钻蚀较轻，其“腿”处耐侵蚀性也表现良好。XiROC 95 RT表现出极低的显微结构变化，特别是在玻璃-耐火材料界面处。氧化锆颗粒的周围几乎没有扩散或转变。XIROC的晶体结构减缓了氧化锆的溶解度。XiROC 95 RT仅显示出极小的显微结构转变。其界面转变厚度小于300 μm。

中试电熔炉也被用于研究XiROC与AZS材料作为池壁的性能。该测试在1500℃的钠钙玻璃中进行了2个多月，每对电极4kW (总功率12kW)。结果表明，与AZS材料对比，XiROC的侵蚀速度较慢，特别是在砖的下部和液面线处。

试验后的AZS 40和XiROC 95池壁砖

侵蚀形貌的3D扫描 (XiROC: 黑色；AZS：红色)

我们观察到XiROC 95的侵蚀程度较轻，也不是高锆产品常见的向上钻蚀侵蚀形貌。其表面光滑致密，而AZS 40的表面则发生了转变和肿胀，正如在U形样品测试中所看到的那样。

因此，在钠钙玻璃中，建议使用XiROC 95来延长流液洞寿命并适应新的熔化条件，比如电熔炉。

03
中硼硅玻璃中的试验

西普耐材在1550℃的中硼硅玻璃中，对AZS 40和XiROC也进行了比较。

AZS 40 U形样品侵蚀严重，其“腿”的棱边变圆。而XiROC 95 RT样品的顶部或腿部没有显示出任何的体积损失。

U形砖的侵蚀形貌

XiROC 95 RT对玻璃质量的有益影响

AZS 40的氧化锆含量较低，导致侵蚀快；具有较厚的玻璃-耐材界面层，导致较高的侵蚀快和转变。其界面区显示氧化锆晶体与氧化铝分离，以及高度转化的玻璃相。AZS 40的玻璃耐火界面会形成一次和二次晶体以及富含氧化铝和氧化锆的玻璃，从而导致玻璃缺陷，例如夹杂物，条纹和疖瘤。

微观结构：AZS从皮到里的形貌。钠钙玻璃中U形样品200小时后

相比之下，高锆和XiROC 95 RT没有这一层厚扩散界面，这解释了为什么这些材料不易产生缺陷。

为了实现玻璃行业脱碳，玻璃制造商将不得不让耐火材料承受更严酷的温度和炉内气氛。SEFPRO开发了一套整套实验，以帮助客户选择正确的耐火材料，并预测其在电熔化、混合熔炉和氢气燃料中的侵蚀现象。

这些测试表明，需要更耐侵蚀的耐材，特别是池壁和流液洞。所开发的XiROC 95 RT结合了氧化锆的优异耐侵蚀性和氧化铝的钝化性能。与标准AZS相比，这种新材料表现出优异的抗侵蚀性能，与高氧化锆耐火材料相比，具有更好的抗向上钻蚀能力。此产品现在已成功地应用在了几个工业玻璃窑炉中。

原标题：延长净零碳玻璃窑炉寿命的新型熔铸耐火材料——XiROC 95 RT