钼钨制品在现代玻璃工业中的应用-上

钨钼材料在现代玻璃工业中的应用
钼钨材料在现代玻璃工业中的应用
1.0 序言
金属钼和金属钨由于其高温中良好的机械性能、热传递性能、电 性能和非着色性得以在玻璃工业中得到广泛应用。 高纯度的钼金属制 品在大多数玻璃液中具有良好的抗侵蚀性， 从而可用作延长玻璃窑炉 寿命的钼金属保护罩的材料。我们还将介绍用于生产高熔点（1800 ℃以上）玻璃的全电间接熔炼法的设备。 本文将简述钼金属的高温机械性能、电热能、热传导性能和用作 钼电极、钼搅拌棒和钼保护罩的基本应用原理。 已有 90 多年研制耐热金属的奥地利攀时公司是世界上最大的钨 钼制品生产厂家，具备最大钼钨金属，合金和复合材料等高性能材料 的研发机构和生产厂家，也是一家庞大的跨国公司。本文中系统引用 的材料多数是由攀时公司（PLANSEE AG）提供的。
2.0
钼金属、合金和复合材料高温特性简介
钼和钨的高纯金属、合金和金属---非金属、金属---金属复合材料
在高温（大于 1200℃）的工作范围内突出的优异性能是钨、钼材料 在玻璃工业中大量应用的主要原因。
2.1 玻璃工业中钨钼等新材料的化学和物理性能指标
表 1 是钼、钨、钨钼合金 B60、钛锆钼复合材料 TZM、陶瓷弥 散增强复合材料 PM2000，镍基合金 PM1000，白金，S40500 钢和钨
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铬合金钢的物理性能表：
表一：各种金属材料的物理性能 玻璃熔化温度大多数在 1100℃～1700℃，这是通常在熔化区和 料道的工作温度，显然钼、钨和 B60 材料是最适合直接用于玻璃工业 中电极搅拌棒蕊和保护罩的材料， 由于钨的昂贵价格和难以加工等问 题使钨的应用受到限制，因而钼是最常用的用于玻璃工业的材料。 2．2 钼合金材料的抗侵蚀性能。 表 2 是钼，AZS 耐火材料，白金 PM2000、PM1000 和高性能镍 基材料和合金钢等 5 种材料在玻璃液中抗侵蚀性能的基本情况。
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C 玻璃 钠钨玻璃 晶质玻璃 硼玻璃 显象管玻璃
高级合金钢 镍基合金
AZS-耐火材料
铂金
钼
表 2 抗侵蚀比较表
通过多种不同玻璃在整个 1000℃～1700℃左右温度范围内的测 试可见钼金属的抗侵蚀能力远远超过 AZS 耐火材料， 而且随温度的升 高，钼金属抗侵蚀能力十分稳定而没有变化，但是在高温情况下 AZS 耐火材料抗侵蚀能力大大下降。 在高温下可以和钼比较抗侵蚀能力的只有白金，但是白金的熔 点是 1772℃而钼的熔点是 2620℃，因此当生产高温玻璃时，白金的 用途就受到限制。 而用于生产石英玻璃等高温玻璃的钼坩锅可长期在 2000℃高温下工作。 另外一个十分主要的因素是白金的价格几乎是钼
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价格的 380～400 倍，严重的价格问题更限制了白金的广泛应用。 2．3 钼合金材料的抗蠕变强度性能。 表３ 是白金、镍、钼、PM2000、PM1000、TZM、因康镍 617 和
奥氏体钢在高温下的抗蠕变强度性能。
奥氏体钢
钛钨钼
田康镍 617
钼 钨
铂
温度℃ 表 3 抗蠕变强度表 钨和钼在温度大于 1300℃以后仍具有足够的抗蠕变强度，白金 的刚度是十分低的，以致于无法在 1500℃左右保持整体另件形状， 只可以依赖钼、镍等金属蕊体的刚度。而且铂在相对低温时呈现出的 非常优秀的塑性和韧性，在高温情况下却变成一种十分易于脆裂、脆 断的性能，十分不利热胀冷缩或机械变形条件下工作。 2．4 钼合金材料的氧化性能 表 4 是表示几种金属材料在高温下的抗氧化性能。钼具备以上
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多种优良性能适用于大多数玻璃熔炉 （含铅玻璃和含若干稀土元素玻 璃等几种玻璃外） 。但是钼在温度高于 328℃后会十分剧烈的被氧化， 所以暴露在空气中的部份需要进行隔氧保护。 这方面白金具备最好性 能。
中碳钢
铂
钼
温度℃ 表 4 抗氧化性能
3.0
SIBOR 火焰喷涂保护层
SIBOR 是硼、硅组成的复合材料，是奥地利攀时公司专门发展用
来作为钼制品的抗氧化涂层专利。 SIBOR 采用高温火焰喷涂方法喷涂到钼制品表面，经过高温热处 理后在钼表面形成象玻璃一样厚度为 150～180 微米一层钼-SIBOR 双 向弥散层，坚固的抗氧化层。未经热处理的 SIBOR 层在常温下是脆性
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的，经热处理以后形成弥散增强层以后，表面是银灰色、光亮，大大 加强了韧性，表面硬度为 486±50Hvo，极易搬运，按装而不致于损 伤。 有了 SIBOR 抗氧化材料， 钼金属才真正具备了在玻璃工业中大显 身手的能力。 表 5 是 SIBOR 涂层的工作温度-时间表
Isothermal time after up-tempering [hours] 5000 500 50
Temperature [℃] 1200 1450 1600
4.0
钼电极的最新应用技术
关于钼电极的基本应用技术已在“玻璃窑炉中的电极应用”一文
中叙述，在此不再重复。这里主要介绍和说明顶插电极和冷却关系、 料道无冷却水套技术二方面。
4.1 顶插电极和直接冷却法
无论是全电熔和火焰炉电助熔混合式窑炉， 多数采用底插式或横 插式电极，也有少数窑炉采用顶插式电极。近期来很多小型全电熔短 寿命（8～18 个月寿命）窑炉采用直接冷却法，显然顶插式电极也采 用直接冷却法。 大量的大型炉或中长寿命窑炉（大于 2 年寿命）仍采用间接冷却
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法。这里我们不再叙述间接冷却法的优缺点，仅指出间接冷却法是工 作稳定、技术成熟、可靠性高的方法。 布置合理的顶插电极对于窑炉耐火材料有好处， 并且在窑炉初期 调整中有一定方便之处。对于没有数字模拟，物理模拟手段或经验不 足的窑炉设计工程单位有一定的便利之处。 图 1、图 2、图 3 示出了顶插式电极的种类和使用 8 个月后的破 坏情况。顶插式电极使用费用昂贵，一般 8～10 个月要更换全部钼电 极，否则严重影响窑炉正常运行。
图 1 顶插式电极
图 2 顶插式电极
图 2 顶插式电极
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