專利名稱:高純?cè)虾投稳坭T料混配制造的鋯剛玉制品及其工藝的制作方法
本發(fā)明涉及高純?cè)虾投稳坭T料混配制造的鋯剛玉制品及其工藝。
目前，玻璃窯用熔鑄耐火材料為適應(yīng)玻璃窯爐技術(shù)的發(fā)展，在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)技術(shù)、品種、規(guī)格等方面，不斷改進(jìn)和完善。盡管如此，玻璃窯用熔鑄耐火材料的生產(chǎn)與使用仍然存在突出的問題，就是產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)成本、環(huán)境污染的關(guān)系問題。就目前的生產(chǎn)方法，一種是按傳統(tǒng)工藝用全生料原料生產(chǎn)，另一種是采用全廢料生產(chǎn)。前者以質(zhì)量控制點(diǎn)主要在于溶液的氧化程序，顯微結(jié)構(gòu)的致密性，結(jié)合程度的均勻性，縮孔的大小及位置為切入點(diǎn)，且采取系統(tǒng)監(jiān)控和無損傷探傷，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量。但是這種生產(chǎn)方法存在著成本高，且更主要的是存在一定的污染后效，原因在于這種工藝生產(chǎn)的制品在達(dá)到服務(wù)年限以后將成為不能降解的工業(yè)廢料，從而污染人類的生活環(huán)境。后者是以玻璃窯上用過的熔鑄耐火材料作原料，經(jīng)特殊處理加工，調(diào)整其成份和改進(jìn)熔化工藝參數(shù)來制備熔鑄耐火磚，其優(yōu)點(diǎn)在于解決了產(chǎn)品成本過高和工業(yè)廢料的綜合利用。但由于這種生產(chǎn)工藝采用全熟料配料，這些熟料是經(jīng)過高溫和長期侵蝕后已沒有活性，部份機(jī)質(zhì)燒死，部份制品已高度氧化，主要成份含量降低，殘留物質(zhì)，主要是SiO2與雜質(zhì)難以控制，熔鑄后，難以使制品的顯微結(jié)構(gòu)致密與結(jié)合程度均勻，影響制品的高溫性能與侵蝕性能，使用壽命短。
另一方面，現(xiàn)行的生產(chǎn)鋯剛玉制品的生產(chǎn)方法主要有長電弧法、長弧熔融惰性氣體保護(hù)電極法和長弧熔融氧化法，其中長電弧法，是利用較高的二次電壓，獲得長度約為50毫米的長電弧進(jìn)行熔融生產(chǎn)。采用該方法生產(chǎn)，雖然電極不與熔體接觸，不發(fā)生碳化作用，但在融化過程中，由于電極的機(jī)械磨損與氧化，部份石墨容易落入熔體表面，增加制品中碳的含量。碳在高溫下將與氧氣產(chǎn)生反應(yīng)，生成CO、CO2，從而造成制品氣孔率增加，發(fā)泡指數(shù)增高，影響產(chǎn)品質(zhì)量。
長弧熔融惰性氣體保護(hù)電極法，該方法是針對(duì)長電弧法缺點(diǎn)的改進(jìn)。按照該方法，在熔解過程中加入了惰性氣體氬，使電弧本身為離子化的氬氣，阻止了碳在融化過程中侵入熔體，但爐料中的碳成份卻不能得以完全氧化排出，致使碳含量在制品中相對(duì)較高，從而影響制品的致密程度及玻璃相滲出溫度。
長弧熔融氧化法該方法是利用較高的二次電壓產(chǎn)生的長電弧融化爐料，待融化后吹入氧氣，并利用添加劑，使熔化過程中滲入的少量碳與其它雜質(zhì)成分充分氧化，并揮發(fā)逸出，最終使熔體內(nèi)徹底脫碳，除雜和凈化。
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種高純?cè)虾投稳坭T料混配制造的鋯剛玉制品。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種制造上述鋯剛玉制品的工藝。
按照本發(fā)明的第一個(gè)目的，一種高純?cè)虾投稳坭T料混配制造的鋯剛玉制品，是根據(jù)Al2O3-SiO2-ZrO2三元系相圖確定制品化學(xué)成份，原料為高純?cè)虾投稳坭T料，其中，高純?cè)霞醇兌容^高的全生料，包括富鋯砂、鋯英砂、高溫氧化鋁、添加劑等。所述各項(xiàng)原料的化學(xué)指標(biāo)如表1所示表1 其中，所述的二次熔鑄料占全部原料中的20％-70％(重量比)；上述原料通過長弧熔融，并在所述原料全部熔融和出料前，將壓力為14-16Mpa的氧氣吹入液面下的1/3、2/3處，并將SiO2的含量控制在12％-13.5％的范圍內(nèi)，ZrO2在32.5％以上。
由于按照本發(fā)明的高純?cè)虾投稳坭T料混配制造的鋯剛體制品，采取了長弧熔融氧化法，使溶液的氧化程度、顯微結(jié)構(gòu)的致密性、結(jié)合程度的均勻性都能處于最佳狀態(tài)，使制品中的碳含量能控制在0.003％以下，使用時(shí)的發(fā)泡率在0.72％以下。
眾所周知，制品中SiO2含量過低，將會(huì)影響制品的玻璃相滲出溫度；如果SiO2含量過高，將會(huì)使制品出現(xiàn)裂紋，影響制品的高溫穩(wěn)定性及制品外觀。發(fā)明人通過AZS巖相分析和實(shí)驗(yàn)篩選，確定SiO2的含量應(yīng)在12％到13.5％的范圍內(nèi)。且實(shí)驗(yàn)證明，將SiO2的含量控制在上述范圍內(nèi)，既能抑制爐料熔化時(shí)莫來石形成，又能提高制品玻璃相滲出溫度能比已有技術(shù)高出100℃左右。
如前所述，二次熔鑄料的活性極差，機(jī)質(zhì)燒死，過量使用會(huì)影響制品的高溫穩(wěn)定性；另一方面，二次熔鑄料的氧化程度高，主要成份含量相對(duì)低，非主要成份含量相對(duì)增加，特別是SiO2與雜質(zhì)含量較高。如果使用的二次熔鑄料過低，不利于降低成本。為此，發(fā)明人對(duì)采用不同比例的二次熔鑄料進(jìn)行了試驗(yàn)，其結(jié)果列于表2至表7，表2 表3
表4 表5 表6
表7 表8 表9列出了采用不同比例的二次熔鑄料的混配比和包括實(shí)驗(yàn)獲得的質(zhì)量指標(biāo)、SiO2、ZrO2含量成本及試驗(yàn)結(jié)論
表9 從表2至表9所示數(shù)據(jù)，說明第一、二次熔鑄料大于70％，由于SiO2的含量超過13.5％這一控制上限，使產(chǎn)品出現(xiàn)不利因素，顯然不可取。
第二、二次熔鑄料小于30％，盡管SiO2、ZrO2的含量都在控制指標(biāo)之內(nèi)，但從降低成本與減少污染來講，爭(zhēng)取的空間太小，此方案雖可行，但不是最佳方案。
第三、合理的二次熔鑄料應(yīng)在30％-70％的范圍內(nèi)，它們無論從SiO2、ZrO2的含量，降低成本，還是從減少污染的角度都是有利的。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種高純?cè)虾投稳坭T料混配制造鋯剛玉制品的工藝，其工藝流程圖如
圖1所示，包括1.配料，選用前述表1記載的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高純?cè)虾投稳坭T料，其中高純?cè)习ㄤ営⑸啊⒏讳喩?、高溫氧化鋁、添加劑。高純?cè)虾投稳坭T料的配比可按表2-表7所示的配制，優(yōu)選的按表3-表7配制。
2.制備鑄型；3.熔化，(1)將配好的配料分批投入熔爐，配料的熔化采用長電弧法熔融。電弧長度為50-60毫米。
(2)電壓，二次電壓控制在320-380伏之間，其中初熔采用高電壓熔化，二次電壓為380伏，如采取精煉，二次電壓為320伏。
(3)電流選擇初熔時(shí)，電流控制在3000-4000安，精煉時(shí)；電流控制在4500安。
(4)熔化時(shí)間，每爐熔化150分鐘，其中熔煉為120分鐘；精煉為30分鐘；(5)吹氧采用分步、分層吹氧法，每爐吹氧兩次。第一次在配料全熔時(shí)，吹氧2分鐘；第二次在澆鑄前五分鐘，吹氧1.5分鐘。氧氣壓力為14-16Mpa。吹氧位置在液面下1/3和2/3處。
4.將熔融的原料澆入前述的鑄模，澆鑄溫度在1850℃-1950℃。澆鑄后在爐中剩余適當(dāng)液料，以便繼續(xù)生產(chǎn)。一般不得少于180毫米。
5.將澆鑄成型的鋯剛玉進(jìn)行退火處理；6.對(duì)成型的鋯剛玉進(jìn)行初檢。
7.對(duì)初檢合格的鋯剛玉加工成制品，以適合于使用要求。
8.檢驗(yàn)入庫。
按照上述工藝生產(chǎn)的鋯剛玉制品，其質(zhì)量指標(biāo)為體積密度≥3.82顯氣孔率≤1％荷重溫度≥1700℃常溫耐壓強(qiáng)度≥350Mpa玻璃相滲出溫度≥1460℃SiO2含量12％≤SiO2≤13.5％ZrO2含量ZrO2≥32.5％申請(qǐng)人已將本發(fā)明的構(gòu)思和實(shí)施作了詳細(xì)說明，本專業(yè)的技術(shù)人員可以在此基礎(chǔ)上作出各種變換和改進(jìn)，但這些變換和改進(jìn)都沒有脫離本發(fā)明的精神，都在權(quán)利要求
書限定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高純?cè)虾投稳坭T料混配制造供玻璃窯作熔鑄耐火材料用的鋯剛玉制品，其特征在于；所述的高純?cè)习ǜ讳喩?、鋯英砂、高溫氧化鋁、添加劑，所述的高純?cè)虾投稳坭T料的化學(xué)指標(biāo)如下表所示 其中所述的二次熔鑄料占全料的20％-70％(重量比)；上述原料通過長弧熔融，并在所述原料全部熔融和出料前吹入壓力為14-16Mpa的氧氣，氧氣分別在離液面1/3和2/3處吹入；且將SiO2的含量控制在12％-13.5％的范圍內(nèi)，ZrO2在32.5％以上。
2.按照權(quán)利要求
1所述的鋯剛玉制品，其特征在于二次熔鑄料占全料的30％。
3.按照權(quán)利要求
1所述的鋯剛玉制品，其特征在于二次熔鑄料占全料的40％。
4.按照權(quán)利要求
1所述的鋯剛玉制品，其特征在于二次熔鑄料占全料的50％。
5.按照權(quán)利要求
1所述的鋯剛玉制品，其特征在于二次熔鑄料占全料的60％。
6.按照權(quán)利要求
1所述的鋯剛玉制品，其特征在于二次熔鑄料占全料的70％。
7.一種高純?cè)虾投稳坭T料混配制造供玻璃窯作熔鑄耐火材料用的鋯剛玉制品的工藝，包括如下步驟(1)配料原料包括高純?cè)虾投稳坭T料，其中高純?cè)习ㄤ営⑸啊⒏讳喩?、高溫氧化鋁和添加劑，所述原料應(yīng)符合下表要求， 其中，二次熔鑄料占原料的20-70％(重量比)；(2)制造鑄型；(3)熔化①將配好的配料分批加入熔爐，配料的熔化采用長電弧熔融，電弧長度為50-60毫米；②電壓二次電壓控制在320伏-380伏，其中初熔采用高電壓熔化，二次電壓為380伏，精煉采用的二次電壓為320伏；③電流初熔時(shí)，電流控制在3000-4000安，精煉時(shí)，電流控制在4500安；④熔化時(shí)間每爐熔化時(shí)間為150分鐘，其中，熔煉為120分鐘，精煉為30分鐘；⑤吹氧采用分步、分層吹氧法，每爐吹氧兩次，第一次在配料全熔時(shí)，吹氧2分鐘，第二次在澆鑄前五分鐘，吹氧1.5分鐘，氧氣壓力為14-16Mpa，吹氧位置在液面下1/3和2/3處；(4)將熔融的原料注入前述的鑄型，澆鑄溫度在1850℃-1950℃，澆鑄后在爐中剩余適當(dāng)料，以便后續(xù)生產(chǎn)，一般不得少于180毫米；(5)將澆鑄成型的鋯剛玉進(jìn)行退火處理。
8.按照權(quán)利要求
7所述工藝，其特征在于所述的二次熔鑄料占全料的30％。
9.按照權(quán)利要求
7所述工藝，其特征在于所述的二次熔鑄料占全料的40％。
10.按照權(quán)利要求
7所述工藝，其特征在于所述的二次熔鑄料占全料的50％。
11.按照權(quán)利要求
7所述工藝，其特征在于所述的二次熔鑄料占全料的60％。
12.按照權(quán)利要求
7所述工藝，其特征在于所述的二次熔鑄料占全料的70％。
專利摘要
本發(fā)明的鋯剛玉制品是用富鋯砂、鋯英砂、高溫氧化鋁、添加劑等高純?cè)虾?0-70%的二次熔鑄料用長弧熔融氧化法，控制SiO
文檔編號(hào)C04B35/622GKCN1164522SQ01119882
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2001年7月3日
發(fā)明者魏國釗, 呂福安, 徐進(jìn)清 申請(qǐng)人:鄭州東方企業(yè)(集團(tuán))股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan