słowa kluczowe: topienie szkła, materiały ogniotrwałe, korozja, szamot, alund keywords: Glass melting, Refractories, Corrosion, Chamotte, Alundum

Transkrypt

1 Materiały Ceramiczne /Ceramic Materials/, 70, 4, (2018), Oddziaływanie stopu szkła na materiały ceramiczne w trakcie topienia zestawu szklarskiego Influence of glass melt on ceramic materials in the process of glass batch melting Marcin Środa 1 *, Marek Nocuń 1, Dominika Leśniak 2 1 AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Katedra Technologii Szkła i Powłok Amorficznych, al. A. Mickiewicza 30, Kraków 2 Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Oddział Szkła i Materiałów Budowlanych w Krakowie, ul. Lipowa 3, Kraków * msroda@agh.edu.pl STRESZCZENIE W pracy podjęto temat wpływu materiału tygla na proces topienia zestawu szklarskiego i jakość uzyskiwanego szkła. Badaniu poddano szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe, którego wytop przeprowadzono w trzech różnych tyglach: szamotowym, alundowym i ceramicznym. Korzystając ze skaningowego mikroskopu elektronowego, przeprowadzono analizę porównawczą warstwy kontaktowej pomiędzy ścianką tygla i stopu szkła, określając jej szerokość. Badania spektrofotometryczne wykorzystano do wyznaczenia transmitancji otrzymanych szkieł, jako wskaźnika zanieczyszczeń wprowadzonych przez materiał tygla. słowa kluczowe: topienie szkła, materiały ogniotrwałe, korozja, szamot, alund ABSTRACT The paper deals with the influence of the crucible material on the process of the glass batch melting and the quality of the glass obtained. The study involved soda-lime-silicate glass, which was melted in three different crucibles: chamotte, alundum and ceramic. Using a scanning electron microscope, a comparative analysis of the contact layer between the wall of the crucible and the glass melt was carried out, determining its width. Spectrophotometric studies were used to determine transmittance of the obtained glasses as an indicator of impurities introduced by the crucible material. keywords: Glass melting, Refractories, Corrosion, Chamotte, Alundum 1. Wprowadzenie Proces otrzymywania szkła na skalę przemysłową przeprowadza się poprzez topienie zestawów szklarskich w temperaturach zwykle C. Podstawowymi składnikami szeroko stosowanego szkła krzemianowego są: piasek szklarski, soda i mączka wapienna. Topienie zestawu szklarskiego jest złożonym procesem, na który składają się: przemiany fazowe, reakcje chemiczne, procesy fizykochemiczne, w wyniku których otrzymuje się masę szklaną odpowiednią do formowania wyrobów. Procesy te przebiegają kolejno po sobie bądź jednocześnie, co utrudnia 1. Introduction The glass production on an industrial scale is normally carried out by melting a glass batch at temperatures C. The main batch components of the widely used silicate glass are: glass sand, soda and limestone powder. Melting the batch is a complex process, which consists of the following steps: phase transitions, chemical reactions, physicochemical processes, as a result of which a glass melt suitable for forming products is obtained. These processes run consecutively and/or simultaneously, which makes their analysis difficult. The most important ones include: ISSN

2 M. Środa, M. Nocuń, D. Leśniak ich analizę. Do najważniejszych można zaliczyć: nagrzewanie się składników zestawu, wydzielenie wilgoci, przemiany polimorficzne, tworzenie się krzemianów, wykazujących temperatury eutektyczne poniżej 1200 C, zjawisko lotności, reakcje chemiczne w fazie stałej (np. tworzenie się soli podwójnych, reakcje wymiany), reakcje rozkładu, reakcje utleniania i redukcji, wzajemne roztwarzanie się i rozpuszczanie składników. W procesach tych uczestniczy powierzchna materiału ogniotrwałego. W wielkotonażowych piecach szklarskich jest to zwykle AZS (Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiO 2 ) [1, 2], jednak przy produkcji na mniejszą skalę, skalę półtechniczną lub eksperymentalną stosuje się donice lub tygle do wytopu szkła wykonane z materiałów szamotowych, kwarcowo-szamotowych, sylimanitowych czy alundowych. Materiały te narażone są na działanie wysokich temperatur. Im wyższa jest temperatura tym bardziej będzie osłabiona struktura i trwałość użytych materiałów. Odporność donic i tygli na działanie wysokiej temperatury, działanie chemiczne topionego zestawu (korozję) i niszczące działanie hydromechaniczne masy (erozję) jest ograniczona [3, 4]. Mechanizm korozji zależy od składu chemicznego wytapianego szkła i składu fazowego materiału ogniotrwałego, a także zawartości w nim fazy szklistej. Wyróżnia się tu dwa podstawowe przypadki korozji [2, 4, 5]: 1. chemiczne działanie składników stapianego zestawu, polegające na wymianie jonowej między materiałem ogniotrwałymi i składnikami zawartymi w zestawie; 2. jeżeli szkło zawiera w składzie składniki, takie jak Pb i B o ograniczonej dyfuzji w materiał ogniotrwały, to tworzą z nim niskotopliwe produkty reakcji; reakcja zachodzi na granicy rozdziału materiał ogniotrwały-szkło, a produkty korozji ulegają rozpuszczeniu lub krystalizacji w masie szklanej. Erozja związana jest natomiast z ruchami masy szklanej o dużej lepkości względem powierzchni materiału ogniotrwałego. Ruch masy szklanej powodowany jest przez: prądy konwekcyjne, tarcie strumienia gazów spalinowych o powierzchnię lustra, przepływ masy szklanej do części wyrobowej, mechaniczne mieszanie masy. Wszystkie te czynniki powodują erozję skorodowanej warstwy materiału ogniotrwałego; usuwają kontaktowe warstwy, odsłaniając przy tym głębsze i jeszcze niesko- heating of the components of the batch, moisture evaporation, polymorphic transformations, formation of silicates showing eutectic temperatures below 1200 C, volatility phenomenon, chemical reactions in the solid phase (e.g. formation of double salts, exchange reactions), decomposition reactions, oxidation and reduction, reciprocal digestion and dissolution of ingredients. The surfaces of the refractory material participate in these processes. Commodity glass furnaces are mainly constructed of AZS (Al 2 O 3 -ZrO 2 -SiO 2 ) [1, 2], however, for the production on a smaller scale, a semi-technical or experimental scale, pots or crucibles made of chamotte, quartz-chamotte, silimanite or alundum materials are widely used. These refractory materials are exposed to high temperatures. The higher the temperature, the lower their resistance. The resistance of these pots and crucibles to high temperature, chemical reaction of the melt (corrosion) and destructive hydromechanical action of the melt (erosion) is limited [3, 4]. The corrosion mechanism depends on the chemical composition of the glass melt and the phase composition of the refractory material, and the content in the vitreous phase. There are two basic cases of corrosion [2, 4, 5]: 1. the chemical reaction of the components of the fused batch consists in the ion exchange between the refractory material and the components included in the set; 2. if the glass contains components such as Pb and B with limited diffusion in refractory material, they form low-melting reaction products; the reaction takes place at the interface between the refractory and the melt, and the corrosion products dissolve or crystallize in the glass melt. The erosion is connected with the movements of the melt with high viscosity towards the surface of the refractory material. The movement of the glass mass is caused by: convection currents, friction of the flue gas stream by the melt surface, flow of glass mass to the cooling zone, mechanical mixing of the melt. All these factors cause erosion of the corroded layer of refractory material. They remove contact layers, revealing deeper and even non-corroded layers. It leads to uncontrolled changes in the chemical composition of the glass mass. In view of all the above, also in laboratory works the type of crucible used, in which glass melting is carried 346 MCCM, 70, 4, 2018

3 Oddziaływanie stopu szkła na materiały ceramiczne w trakcie topienia zestawu szklarskiego rodowane warstwy. Prowadzi to do niekontrolowanych zmian składu chemicznego masy szkła. Z tego względu również w pracach laboratoryjnych rodzaj zastosowanego tygla, w którym przeprowadza się wytop szkła, jest bardzo istotny i nie można go nie brać pod uwagę szczególnie przy otrzymywaniu szkieł specjalnych. Celem prezentowanej pracy było więc zbadanie wpływu rodzaju tygla na jakość otrzymywanego szkła oraz określenie stopnia dyfuzji składników na granicy powierzchni tygla i masy szkła. Zakres pracy obejmował wytop szkła z użyciem trzech rodzajów tygli, tj. ceramicznego, alundowego i szamotowego oraz określenie jakości otrzymanego szkła w oparciu o pomiar transmitancji. 2. Eksperyment Do badań przygotowano zestaw na szkło sodowo- -wapniowo-krzemianowe o składzie podanym w Tabeli 1, sporządzając go z czystych chemicznie surowców. Zestaw przygotowano na 100 g szkła, homogenizując składniki przez 15 min w moździerzu ceramicznym. Następnie zestaw podzielono na 3 równe części i umieszczono w tyglu ceramicznym, alundowym i szamotowym (Rys. 1),, których skład fazowy, określony metodą XRD, podano w Tabeli 2. Proces topienia odbywał się w piecu out, is very important and cannot be disregarded in particular when receiving special glasses. The aim of the work was to study the effect of the crucible type on the quality of the glass obtained and to determine the degree of diffusion of the surface components of the crucible and glass melt. The scope of work included glass melting using three types of crucibles, i.e. ceramic, alundum and chamotte, and determination of its quality based on transmission analysis. 2. Experiment A batch for soda-lime-silica glass with the composition given in Table 1 was prepared for testing, making it from chemically pure raw materials. The batch was prepared for 100 g glass by homogenizing the components for 15 min in a ceramic mortar. Then the batch was divided into 3 equal parts and placed in a ceramic, alundum and chamotte crucible (Fig. 1), which phase composition determined by the XRD method is shown in Table 2. The melting process took place in an electric Rys. 1. Tygle do topienia szkła; od lewej szamotowy, ceramiczny i alundowy. Fig. 1. Crucibles for glass melting; from the left: chamotte, ceramic and alundum. Rys. 2. Otrzymane szkło w zależności od zastosowanego tygla; lewy górny tygiel szamotowy, prawy górny tygiel alundowy, dolny tygiel ceramiczny. Fig. 2. Glass obtained depending on the crucible used; upper left chamotte crucible, upper right allundum crucible, bottom ceramic crucible. Tabela 1. Skład szkła i zestawu surowcowego. Table 1. Composition of glass and raw material set. Skład chemiczny szkła / Chemical composition of glass [% mas.] Skład surowcowy zestawu na 100 g szkła / Raw materials composition for 100 g glass [g] SiO 2 70 SiO 2 70,00 Na 2 O 21 Na 2 CO 3 36,35 CaO 9 CaCO 3 16,06 MCCM, 70, 4,

4 M. Środa, M. Nocuń, D. Leśniak Tabela 2. Skład fazowy użytych tygli główne składniki. Table 2. Composition of crucibles used the main phases. Tygiel / Crucible ceramiczny / ceramic alundowy / alundum szamotowy / chamotte Główne fazy / Main phases Al 2 SiO 5 (sylimanit/syllimanite), β-kwarc/ β-quartz α-al 2 O 3 (korund / corundum) Al 6 Si 2 O 13 (mullit / mullite), α-al 2 O 3 (korund / corundum), (Al 1,98 Fe 0,02 )SiO 5 a) b) c) Rys. 3. Przekrój przez ścianki tygli z widoczną warstwą kontaktową szkła: a) tygiel szamotowy, b) tygiel alundowy, c) tygiel ceramiczny. Fig. 3. Cross-section through the walls of crucibles with a visible glass contact layer: a) chamotte, b) alundum, c) ceramic crucible. elektrycznym w atmosferze powietrza. Zestaw topiono w temperaturze 1450 C przez 6 h. Po tym okresie tygle wyciągnięto z pieca, a stop studzono swobodnie w tyglach w warunkach otoczenia do temperatury ok. 500 C. Następnie, tygle ze szkłem wstawiono do pieca muflowego i odprężano w temperaturze 550 C przez 12 h. Na Rys. 2 przedstawiono tygle zawierające wytopione szkło. W celu zbadania oddziaływania ścianki tygla ze stopem tygle rozcięto przy użyciu tarczy diamentowej (Rys. 3). 3. Badanie SEM i analiza EDX Badania SEM/EDS przeprowadzono przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego JSM 5400LV firmy JEOL z analizatorem rentgenowskim LINK ISIS seria 300. Na Rys. 4 i 5 przedstawiono odpowiednio obraz materiału szamotowego tygla oraz jego warstwy kontaktowej ze szkłem. Z przeprowadzonej analizy chemicznej w mikroobszarach wynika, że szkło silnie penetruje porowatą warstwę przypowierzchniową tygla, prowadząc do roztwarzania ziaren faz glinokrzemianowych (Rys. 5, punkty 4 i 5) i ziaren korundu (Rys. 5, punkt 2). Strefa korozyjna jest szeroka i rozmyta. W porównaniu do składu chemicznego tygla szamotowego warstwa kontaktowa wzbogacona jest w sód, który jako najbardziej ruchliwy dyfunduje ze stopu szkła do wnętrza ścianki furnace in the air atmosphere. The glass was melted at 1450 C for 6 hours. After this period, the crucibles were removed from the furnace and the melt was cooled freely in crucibles under ambient conditions to the temperature c.a. 500 C. Then, crucibles with glass were put into a muffle furnace and annealed at a temperature of 550 C for 12 hours. Crucibles containing melted glass are shown in Fig. 2. In order to study the effect of the crucible wall with the melt, the crucibles were cut using a diamond disk (Fig. 3). 3. SEM and EDX analysis SEM/EDX analysis was performed using a JSM 5400LV scanning electron microscope from JEOL with the LINK ISIS 300 series X-ray analyzer. The chamotte material of the crucible and its contact layer with the glass are shown in Figs. 4 and 5, respectively. The EDX analysis carried out in micro-areas shows that the glass strongly penetrates the porous surface layer of the crucible, leading to the dissolution of grains of aluminosilicate phases (Fig. 5, points 4 and 5) and corundum grains (Fig. 5, point 2). The corrosion zone is wide and fuzzy. Compared to the chemical composition of the chamotte crucible, the contact layer is enriched with sodium, which as the most mobile diffuses from 348 MCCM, 70, 4, 2018

5 Oddziaływanie stopu szkła na materiały ceramiczne w trakcie topienia zestawu szklarskiego a) punkt 1 punkt 2 punkt 3 b) Rys. 4. Obraz SEM materiału szamotowego (a) z analizą składu w mikroobszarach punktów 1, 2 i 3 (b). Fig. 4. SEM image of chamotte material (a) with composition analysis in micro-areas of points 1, 2 and 3 (b). the glass melt inside the crucible wall during the melting process, contributing to the digestion of corundum grains and the silico-silicate phase. In Fig. 6., a linear analysis is presented in the area of glass contact with the chamotte crucible. Based on the calcium ion concentration profile, it can be assumed that in the layers of the nearest surface of the crucible (width approx. 1 mm) their concentration is clearly lower. The results indicate a high diffusion of components causing the interface to be fuzzy. The results show also a significant diffusion of sodium ions into chamotte, while limiting the diffusion of calcium ions. Fig. 7. shows the image of the contact place of the glass melt with a wall of the alundum crucible. The contact boundary between glass and alundum is clearly visible. Alundum crucible is characterized by low porotygla w trakcie procesu topienia, przyczyniając się do roztwarzania ziaren korundu i fazy glinokrzemianowej. Na Rys. 6 przedstawiono analizę liniową w obszarze kontaktu szkła z tyglem szamotowym. Na podstawie profilu stężenia jonów wapnia można przyjąć, że w warstwach najbliższych powierzchni tygla (szerokość ok. 1 mm) ich koncentracja jest wyraźnie niższa. Wyniki wskazują na dużą dyfuzję składników, powodującą, że granica kontaktu jest rozmyta. Ponadto stwierdzono znaczną dyfuzję jonów sodu w szamot przy jednoczesnym ograniczeniu dyfuzji jonów wapnia. Na Rys. 7. przedstawiono obraz miejsca kontaktu stopu szkła ze ścianką tygla alundowego. Można zauważyć, że granica rozdziału szkło-tygiel jest wyraźnie widoczna. Tygiel alundowy charakteryzuje się małą porowatością, co utrudnia penetrację stopu szkła w jego MCCM, 70, 4,

6 M. Środa, M. Nocuń, D. Leśniak ściankę. Nie stwierdzono, aby szkło powodowało korozję tygla (Rys. 8), jak miało to miejsce w przypadku tygla szamotowego. Jednak zaobserwowano, że do stopu szkła przechodzą w niewielkiej ilości jony glinu. Na Rys. 9. przedstawiono granicę między szkłem a materiałem ścianki tygla ceramicznego. Widać na niej wyraźny obszar reakcyjny o szerokości ok. 200 μm, w którym następuje rozpuszczenie materiału tygla w stopie szkła. Analiza EDX obszarów zaznaczonych na Rys. 9b wskazuje na proces roztwarzania się ziaren kwarcu (Rys. 9c, punkt 2) i drobnych ziaren mulitu o pokroju igłowym (Rys. 9, punkt 3), które jako najtrudniej topiące się składniki materiału tygla wymagają długiego czasu rozpuszczania w stopie szkła. Na profilach liniowych widać, że głębokość dyfuzji poszczególnych jonów jest różna (Rys. 10). Można stwierdzić, że atomy sodu dya) punkt 1 punkt 2 punkt 3 punkt 4 punkt 5 b) Rys. 5. Obraz SEM warstwy kontaktowej szkła i tygla szamotowego (a) wraz z analizą składu w mikroobszarach punktów 1-5 (b). Wynik analizy EDS wskazuje na obecność szkła w punkcie 1, korundu w punktach 2 i 3 oraz fazy glino-krzemianowej w punktach 4 i 5. Fig. 5. SEM image of the contact layer of glass and the chamotte crusible (a) together with composition analysis in micro-areas of points 1-5 (b). The result of the EDS analysis indicates the presence of glass at point 1, corundum at points 2 and 3, and the aluminium-silicate phase at points 4 and 5. sity, which makes it difficult to penetrate the glass melt into its wall. It was not found that the glass caused the crucible to corrode, as was the case of the chamotte crucible (Fig. 8). However, it has been observed that a small amount of aluminium ions diffuse to the glass melt. The interface between the glass and the wall of the ceramic crucible is shown in Fig. 9. It is visible a clear reaction area with a width of approx. 200 μm, in which the crucible material dissolves in the glass melt. The EDX analysis of the areas marked in Fig. 9b indicates the process of dissolving quartz grains (Fig. 9, point 2) and fine mullite grains with needle in shape (Fig. 9, point 3), which as the most difficult melting components of the crucible material require a long dissolution time in the glass melt. On the line profiles it can be seen that the diffusion depth of individual ions is different (Fig. 10). It 350 MCCM, 70, 4, 2018

7 Oddziaływanie stopu szkła na materiały ceramiczne w trakcie topienia zestawu szklarskiego a) b) Rys. 6. Obraz SEM granicy kontaktu szamot-szkło (a) i wynik analizy liniowej EDX w tym obszarze (b). Fig. 6. SEM image of the chamotte glass contact (a) and the result of linear EDX analysis in this area (b). a) b) punkt 1 punkt 2 Rys. 7. Obraz SEM warstwy kontaktowej szkła i tygla alundowego (a) wraz z analizą w mikroobszarach punktów 1 i 2 (b). Fig. 7. SEM image of a contact layer of glass and the alundum crucible (a) together with analysis in micro-areas of points 1 and 2 (b). MCCM, 70, 4,

8 M. Środa, M. Nocuń, D. Leśniak Dla każdego z trzech wytopionych szkieł zostało przeprowadzone badanie transmisji przy użyciu spektrofotometru Jasco V550 w zakresie od 250 nm do 2,5 μm. Pomiar wykonano na wypolerowanych próbkach szkieł o grubości 7 mm. Szkło otrzymane przy użyciu tygla alundowego charakteryzowało się progiem absorpcji przesuniętym najdalej w kierunku krótszych długości fali (ok. 280 nm, Rys. 11). Zastosowanie tygla ceramicznego i szamotowego wpływało na przesunięcie tego progu w kieruna) b) Rys. 8. Obraz SEM granicy kontaktu alund-szkło (a) i wynik analizy liniowej EDX w tym obszarze (b). Fig. 8. SEM image of the alundum-glass contact (a) and the result of linear EDX analysis in this area (b). fundują ze szkła w głąb tygla, tak jak to miało miejsce w przypadku tygla szamotowego. Analiza profili dyfuzyjnych na granicy wskazuje, że warstwy stopu szkła będące w kontakcie z tyglem są wzbogacone w glin. Natomiast zawartość jonów sodu w tej warstwie jest stała. Jednocześnie w badanym obszarze udział stężenia jonów Ca 2+ jest dużo mniejszy niż w samym szkle. Efekt ten można tłumaczyć większym powinowactwem jonów sodu niż wapnia do glinu oraz mniejszą ruchliwością jonów wapnia w stopie szkła, który ze względu na wzrost stężenia glinu w warstwie kontaktowej zwiększa swoją lepkość. Nie zauważono w tym obszarze zmiany stężenia krzemu, co jest wynikiem silnych wiązań jakie tworzy zarówno w materiale tygla, jak i w szkle oraz mniejszego gradientu jego stężenia na granicy tygiel-szkło, co wpływa na mniejszy strumień dyfuzji. 4. Wpływ materiału tygla na transmisję szkła can be concluded that sodium atoms diffuse from the glass into the crucible, as was the case with the chamotte crucible. Analysis of diffusion profiles at the interface indicates that the glass melt layers in contact with the crucible are enriched with aluminium. However, the content of sodium ions in this layer is constant. At the same time, the concentration of Ca 2+ ions in the studied area is much smaller than in the glass itself. This effect can be explained by the higher affinity of sodium ions than calcium to aluminium and the lower mobility of calcium ions in the glass melt, which due to the increase of the aluminium concentration in the contact layer heightens its viscosity. No changes in the concentration of silicon were observed in this area, which is the result of strong bonds that form in the crucible and glass as well as a smaller gradient of its concentration at the crucible glass interface, which results in a smaller diffusion flux. 4. The effect of the crucible material on the transmission of glass For each of the three glasses a transmission measurement was carried out using a Jasco V550 spectrophotometer in the range from 250 nm to 2.5 μm. The polished glass samples with a thickness of 7 mm was used for the test. The obtained glass using an alundum crucible was characterized by an absorption threshold shifted farthest towards shorter wavelengths (around 280 nm). The use 352 MCCM, 70, 4, 2018

9 Oddziaływanie stopu szkła na materiały ceramiczne w trakcie topienia zestawu szklarskiego ku dłuższych długości fali, odpowiednio o 30 nm i 60 nm. Szkła topione w tyglu ceramicznym i alundowych charakteryzowały się wysoką transmitancją wynoszącą 87%-90% w zakresie ViS-NIR. Natomiast szkło otrzymane z użyciem tygla szamotowego wykazywało brunatne zabarwienie, co wynikało z mniejszej o ok. 10%- 18% transmisji w całym zakresie mierzonego widma. To zmniejszenie transmisji było szczególnie widoczne w zakresie od 600 nm do 1,5 μm, co świadczy o przechodzeniu do stopu szkła jonów żelaza z materiału szamotowego. of ceramic and chamotte crucibles affected the shift of this threshold towards longer wavelengths by 30 nm and 60 nm, respectively. The glass melted in a ceramic and alundum crucible was characterized by a high transmittance of 87%-90% in the ViS-NIR range. On the other hand, the glass obtained when using the chamotte crucible showed a brown colour, which resulted from the approx. 10%-18% lower transmission in the entire range of the measured spectrum. This reduction of transmission was particularly evident in the range from 600 nm to 1.5 μm, which indicates that the iron ions from the chamotte material diffused into the glass melt (Fig. 11). a) b) punkt 1 punkt 2 punkt 3 c) Rys. 9. Obrazy SEM warstwy kontaktowej szkła i tygla ceramicznego (a) i (b) wraz z analizą EDX w obszarach (c), zaznaczonych na zdjęciu (b). Fig. 9. SEM image of the contact layer of glass and ceramic crucible (a) i (b) together with EDX analysis (c) in the areas marked in the image (b). MCCM, 70, 4,

10 M. Środa, M. Nocuń, D. Leśniak a) b) Rys. 10. Obraz SEM granicy kontaktu tygiel ceramiczny-szkło (a) i wynik analizy liniowej EDX w tym obszarze (b). Fig. 10. SEM image of the glass ceramic crucible contact (a) and the result of linear EDX analysis in this area (b). Rys. 11. Wykres transmitancji szkła w zależności od rodzaju materiału tygla. Fig. 11. Diagram of glass transmittance depending on the type of crucible material. 5. Wnioski W pracy przeprowadzono badania nad określeniem wpływu rodzaju tygla na jakość otrzymywanego szkła sodowo-wapniowo-krzemianowego. Analizując trzy rodzaje tygli: szamotowy, alundowy i ceramiczny stwierdzono różny stopień korozji tych materiałów przez szkło. Jednocześnie potwierdzono tworzenie się na granicy materiał tygla stop warstwy pośredniej o różnej grubości i składzie. Na podstawie analizy 5. Conclusions The study was carried out to determine the effect of the type of crucible on the quality of the soda-lime-silicate glass obtained. Analyzing three types of crucibles: chamotte, alundum and ceramic, different degrees of corrosion of these materials by the glass melt were found. Simultaneously, the formation of the intermediate layer of various thickness and composition was confirmed at the crucible material the melt interface. 354 MCCM, 70, 4, 2018

11 Oddziaływanie stopu szkła na materiały ceramiczne w trakcie topienia zestawu szklarskiego SEM/EDS stwierdzono, że największą grubość warstwa ta osiąga w przypadku tygla szamotowego (powyżej 1 mm), w przypadku tygla ceramicznego wynosiła ok. 200 μm, a najmniejszą wykazywał tygiel alundowy (ok. 5 μm). W przeciwieństwie do tygla alundowego ścianki pozostałych materiałów ulegały silnej korozji, wynikającej z rozpuszczania się ziaren materiału w stopie szkła. Skład tygla szamotowego oraz jego znaczna korozja spowodowała, że do szkła zostały wprowadzone jony żelaza, które w znacznym stopniu zmieniły barwę szkła i spowodowały zmniejszenie jego transmitancji w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni. Przeprowadzone badania wskazują, że rodzaj materiału tygla może w znaczący sposób wpłynąć na zmianę składu szkła, wpływając również na jego właściwości, co pokazały badania transmisji w zakresie UV-NIR. Podziękowania Autorzy pracy serdecznie dziękują mgr inż. Barbarze Trybalskiej za wykonanie zdjęć mikroskopii skaningowej. Praca została sfinansowana ze środków statutowych Akademii Górniczo-Hutniczej Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki w Krakowie, nr w roku On the basis of the SEM/EDS analysis, it was found that the highest thickness was created for the chamotte crucible (over 1 mm), in the case of a ceramic crucible it was approx. 200 μm, and the smallest one was shown for the alundum crucible (about 5 μm). In contrast to the alundum crucible, the walls of the remaining materials underwent strong corrosion resulting from the dissolution of the grains of material in the glass melt. The composition of the chamotte crucible and its significant corrosion caused that iron ions were introduced into the melt, which significantly changed the colour of the glass and reduced its transmittance in the visible and near infrared range. The study indicate that the type of crucible material can significantly influence the composition of the glass, also affecting its properties, as demonstrated by UV-NIR transmission analysis. Acknowledgements The authors of the work would like to thank M.Sc. Eng. Barbara Trybalska for taking photographs of scanning microscopy. This work was supported by the statutory funds of Institute of Ceramics and Building Materials Division of Glass and Building Materials in Kraków, and AGH University of Science and Technology Department of Materials Science and Ceramics AGH number WIMiC No in Bibliografia / References [1] Reben, M., Sindut, R., Ojczyk W.: Korozja wybranych materiałów ogniotrwałych w piecach szklarskich, Świat Szkła, 10/2015. [2] Piech, J.: Piece ceramiczne i szklarskie, Wyd. AGH, Kraków [3] Hilgertner, A., Nowotny, W.: Piece szklarskie, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa [4] Technologia szkła (pod red. B. Ziemba), Arkady, Warszawa 1987, t. 1. [5] Technologia szkła. Właściwości fizykochemiczne, (Praca zbiorowa), Ceramika/Ceramics, vol. 73, Wyd. Naukowe Akapit, Kraków Otrzymano 19 listopada 2018, zaakceptowano 26 listopada Received 19 November 2018, accepted 26 November MCCM, 70, 4,