剛玉磚的生產(chǎn)工藝 ：

氧化鋁(Al2O3)在自然界中很少以游離態(tài)出現(xiàn)。,氧化鋁的同質(zhì)變體主要有γ-Al2O3和α-Al2O3兩種晶型，此外β-Al2O3在自然界中很少存在。熔模鑄造常用的白剛玉即α-Al2O3電熔剛玉。

α-Al2O3 (電熔剛玉）的熔點(diǎn)高（2050℃)、密度大、結(jié)構(gòu)致密、導(dǎo)熱性好、熱膨脹小且均勻，從室溫加熱到2000℃：其膨脹總量約2%。剛玉屬兩性氧化物，在高溫下常呈弱堿性或呈中性，抗酸堿的怍用能力強(qiáng)，在氧也劑、還原劑或各種金屬液的作用下不發(fā)也變化，鋁、 錳、鐵、錫、硅、鉆、鎳等都不與它發(fā)生反應(yīng)。因此，用電熔剛玉制造的型殼，其尺寸穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及高溫化學(xué)穩(wěn)定性均優(yōu)于硅石，是熔模鑄造良好的耐火材料。電熔剛玉價(jià)格昂貴、資源短缺，目前僅應(yīng)用于耐熱高合金鋼、不銹鋼及鎂合金等鑄件的制殼材料，也可用于制作陶瓷型芯。

電熔剛玉有白剛玉和棕剛玉兩種。白剛玉是用工業(yè)氧化鋁在電弧爐內(nèi)經(jīng)高溫熔融、出爐 冷卻結(jié)晶，再經(jīng)破碎、篩選而得。電熔剛玉砂(粉）的技術(shù)條件，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T2479— 1996《白剛玉技術(shù)條件》和GB/T2478—1996《棕剛玉技術(shù)條件》規(guī)定。

前面已經(jīng)介紹了什么是電熔剛玉，其是生產(chǎn)電熔剛玉磚的重要原料之一。電熔剛玉磚按照制造工藝可分為電熔剛玉磚和再結(jié)合（半再結(jié)合）電熔磚。電熔剛玉磚是以工業(yè)氧化鋁及少量純堿和石英粉在電弧爐內(nèi)熔融，再經(jīng)鑄型、退火等工序，最后機(jī)械加工成所需的形狀、尺寸。再結(jié)合（半結(jié)合）電熔剛玉磚使用粉碎好的電熔剛玉顆粒及粉料，加入結(jié)合劑，經(jīng)充分混煉后，用壓磚機(jī)成型，磚坯烘干后高溫?zé)伞?/span>

電熔剛玉制品

將氧化鋁原料配合料在高于熔融溫度下熔化后，澆注在預(yù)制的耐火模型中，經(jīng)過冷卻固化使結(jié)晶發(fā)育長大而形成的制品，稱為電熔剛玉耐火材料。一般采用電熔方法熔化。

以工業(yè)氧化鋁為主要原料電熔的電熔剛玉磚是經(jīng)過配合料熔化、精煉，然后澆鑄到模型中，鑄件經(jīng)過凝固、退火、切割、磨削和預(yù)組裝，稱為合格電熔磚。按其化學(xué)礦物組成主要有三種類型。

1、電熔a-Al2O3又稱電熔a-Al2O3磚，是以a-Al2O3為主相的電熔耐火材料。a-Al2O3約95%，β-Al2O3為5%-10%，玻璃相較少。這種磚的結(jié)構(gòu)致密，耐火度和高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，高溫化學(xué)穩(wěn)定性好，但在堿金屬氧化物的作用下，可能轉(zhuǎn)化為β-Al2O3而發(fā)生體積增大，適用于砌筑玻璃窯冷卻池部位上部結(jié)構(gòu)，以及有色金屬冶煉爐及高溫隧道窯。

2、電熔β-Al2O3磚又稱電熔β-Al2O3磚，以β-Al2O3為主晶相的電熔耐火材料，β-Al2O3含量約99.5%，玻璃相較少，約占0.5%以下，對(duì)堿蒸汽呈惰性。在不含堿的氣氛中，易分離出堿而轉(zhuǎn)化為a-Al2O3，并伴隨有體積收縮，而可能引起磚的碎裂。電熔β-Al2O3磚耐熱震性較好，700度到常溫空氣循環(huán)可達(dá)40次左右，一般適用于砌筑玻璃熔窯的上部結(jié)構(gòu)。

3、電熔a、β-Al2O3磚又稱電熔a、β-Al2O3磚，是含a-Al2O3和β-Al2O3的電熔制品。a-Al2O3約占40%-50%，β-Al2O3約占45%-60%，玻璃相極少。同β-Al2O3型制品相比，抗玻璃液的侵蝕能力較強(qiáng)，高溫下抗堿蒸汽的作用也較好，可用于玻璃窯上部結(jié)構(gòu)，也可用于直接與玻璃液接觸的低溫部位。

電熔剛玉磚的制造工藝已一般電熔耐火材料的工藝過程大同小異。只是由于材質(zhì)性質(zhì)的差異，工藝參數(shù)略有不同，如熔化溫度高（2300-2500度）、澆注溫度高（1960-1980度）。這些特點(diǎn)決定了電熔剛玉制品的工藝要點(diǎn)如下：

1、原料及配合料。電熔剛玉制品用的原料主要是工業(yè)氧化鋁和石英砂。配合料由工業(yè)氧化鋁97%（要求Al2O3含量大于等于98.5%）和石英砂3%，并加入少量外加劑，在輪碾機(jī)上經(jīng)過30-40min混合而成。

在不加外加劑的情況下，熔煉爐熔池溫度要達(dá)到2200-2300度，在這種情況下熔體有很大的膨脹，在澆注冷卻后必然產(chǎn)生很大的縮孔，難以獲得致密均勻地鑄件；同時(shí)由于氧化鋁熔體的粘度很低，結(jié)晶能力很強(qiáng)，來不及排氣就凝固，也會(huì)使鑄件形成大量微孔。為了減少電熔磚的縮孔，需要在配料中加入少量的外加物，以降低熔化溫度，進(jìn)而降低熔體的體積膨脹。根據(jù)產(chǎn)品類型別來添加不同的物料。

對(duì)于電熔a-Al2O3磚，應(yīng)添加少量的助熔劑，如引入0.25%-1%的B2O3，不僅可以加速熔化工程，還能提高熔體的粘度。

對(duì)于電熔β-Al2O3磚型和電熔a、β-Al2O3磚，應(yīng)加入Na2O,一般以碳含量為5.24%，但實(shí)際熔化過程中由于Na2O高溫蒸發(fā)、粉塵飛揚(yáng)造成損失以及操作條件等因素，往往使配料中的Na2O有較大的損失，因此在計(jì)算配料比時(shí)，純堿或Na2CO3的加入量應(yīng)比理論值要高一些。電熔β-Al2O3磚配料只能中Na2O含量應(yīng)不大于5.2%，電熔a、β-Al2O3磚配料中Na2O含量控制在3.5%。但還需控制SiO2含量在1.1%-1.5%，這是因?yàn)镾iO2雖然具有提高熔液粘度和降低Al2O3結(jié)晶能力的作用，但SiO2若過多，會(huì)增加非晶態(tài)玻璃相的含量，對(duì)制品的高溫使用性能不利。

除配合料外，入爐料還有回收廢料，如廢鑄件、冒口等，以及外來的干凈剛玉碎塊，但其數(shù)量不能超過裝料量的30%。

2、熔煉和電熔磚的澆注。我國生產(chǎn)的電熔氧化鋁產(chǎn)品中含C0.03%-0.55%，國外同類產(chǎn)品僅為0.005%，C的存在會(huì)降低制品的密度、抗熱震性和抗侵蝕性，增加縮孔裂紋以及使玻璃中形成氣泡的傾向增大，因此需要盡可能降低低碳含量，同時(shí)還必須限制染色氧化物（Fe2O3、TiO2）及H20、SO2、N2等含量。所以采用氧化熔融生產(chǎn)工藝量為合理，同時(shí)還補(bǔ)加氧化劑和吹氧的方法，在熔化過程中吹氧可以起到攪拌和脫碳的雙重作用。

氧化電熔法是法國首先發(fā)明的，其特點(diǎn)是采用長電弧，石墨電極在物料的上部利用電弧弧光的輻射高溫熔化物料，避免了與熔液接觸，作業(yè)空間處于氧化氛。熔化過程中要注意氧化熔融的電弧不能太長，一般為30-50mm,因?yàn)殡娀‰妷号c弧長呈線性關(guān)系。而隨電弧電壓升高，剛玉結(jié)晶粒度縮小，達(dá)到230v時(shí)，鑄件的密度就會(huì)降低；同時(shí)把熔煉時(shí)間縮短到最低限度，以免增碳；其次還應(yīng)有煙氣除塵通風(fēng)，以保證爐內(nèi)的氧化氣氛。

當(dāng)所有的配合料都熔化并達(dá)到熔體表面很潔凈時(shí)，就可以進(jìn)行澆注。澆注前先做好鑄模。熔體澆注時(shí)的溫度要控制在1960-1980度，為了提高澆注密度，可分層澆注，10-20min澆注一層，當(dāng)前一澆注表面溫度冷卻到1680-1700時(shí)澆注下一層，向熔液中加入與熔體成分相近的電熔料塊，可增大澆注時(shí)熔流的致密度。合理設(shè)置澆注口，并除去氣孔分布多的鑄件部分，都能促進(jìn)鑄件的密度提高。

澆注時(shí)的熔體，既要保證有良好的流動(dòng)性，又要避免過熱，因?yàn)檫^熱會(huì)促使熔體吸收氣體，鑄入模后的收縮率就會(huì)相應(yīng)增大，鑄件也就會(huì)產(chǎn)生縮孔和開裂。

鑄件冷卻。鑄件的降溫冷卻過程大致分為熔體的流動(dòng)（澆注）、散熱、熔體凝固硬化（結(jié)晶）和已硬化的鑄件冷卻等4個(gè)階段。在熔體硬化工程中，它的結(jié)構(gòu)正在形成。初期，鑄件表皮溫度急劇下降，熔體向模型快速散熱而形成極致密的部分，析出晶相形成鑄件的微晶和中晶區(qū)域。剩余的熔體主要集中在靠近澆注面的鑄件中部部位，以后形成粗晶結(jié)構(gòu)。由于結(jié)晶是從邊緣開始向中心擴(kuò)展，當(dāng)鑄件的周邊結(jié)晶硬化并開始冷卻時(shí)，鑄件中心尚屬高溫液態(tài)熔體，邊緣與中心的溫差相當(dāng)大，在鑄件內(nèi)勢(shì)必產(chǎn)生形成裂縫的應(yīng)力，內(nèi)外硬化速度相差越大，熱應(yīng)力也就越大。因此，鑄件的冷卻過程對(duì)電熔制品的質(zhì)量及結(jié)構(gòu)有重要意義。

鑄件在脫模后要進(jìn)行退火，實(shí)際上就是控制鑄件的硬化（結(jié)晶吧）和冷卻速度。退火的方式有兩種：自然退火和可控退火。自然退火就是依靠鑄件外部的良好隔熱層，使鑄件平穩(wěn)緩慢冷卻，冷卻速度可由鑄模外硅藻土或膨脹蛭石層的厚度加以調(diào)整?？煽赝嘶鹗菍⒈砥ひ呀?jīng)硬化的鑄件脫去鑄?；驇７胚M(jìn)小型隧道窯中，按規(guī)定的退火曲線進(jìn)行緩慢冷卻。

制品的機(jī)械加工。電熔剛玉耐火材料經(jīng)過退火處理的合格制品在進(jìn)入倉庫前，必須進(jìn)行機(jī)械加工處理。由于剛玉硬度大、強(qiáng)度高，所以采用金剛石工具進(jìn)行加工處理。鑄件經(jīng)過切割、研磨、打孔等工序，使制品具有精確地幾何形狀、光滑平整的表面和安裝密配要求精確尺寸。

再結(jié)合電熔剛玉制品

以電熔剛玉熟料為顆粒料，電熔剛玉細(xì)粉或燒結(jié)剛玉細(xì)粉為基質(zhì)，配合制成的再結(jié)合燒結(jié)制品，其生產(chǎn)工藝要點(diǎn)為：電熔剛玉原料的處理。用電熔棕剛玉或白剛玉為原料時(shí)，需將熔塊砸碎后揀選，除去棕剛玉塊夾帶的硅鐵合金或其他雜質(zhì)成分。白剛玉塊應(yīng)揀除呈片狀結(jié)晶的高鋁酸鈉，以及其他低熔物，這些雜質(zhì)礦物由于密度小，通常浮于剛玉熔塊的表面，較易鑒別。剛玉中含有少量的有害成分，會(huì)使制品燒結(jié)不良或開裂，故在使用前應(yīng)預(yù)先進(jìn)行煅燒。末揀凈的硅鐵合金在500-1000度時(shí)氧化分解成Fe2O3和SiO2,含鈦礦物氧化成TiO2（金紅石）等，均產(chǎn)生較大的體積膨脹，經(jīng)過預(yù)燒，使這些分解、氧化反應(yīng)所帶來的破壞應(yīng)力消除在預(yù)燒過程中，避免在制品燒成時(shí)因?yàn)檫@些雜質(zhì)礦物的反應(yīng)產(chǎn)生膨脹而引起制品開裂。

電熔剛玉塊體積較大，需先用落錘或其他方法砸碎，然后進(jìn)行粉碎，按不同粒度篩分儲(chǔ)存。電熔剛玉硬度大，細(xì)磨困難，故應(yīng)采用球磨機(jī)或震動(dòng)球磨機(jī)進(jìn)行濕磨，達(dá)到<40um或更細(xì)<10um.顆粒料用電磁鐵除鐵，細(xì)磨粉料則采用酸洗除鐵。

3、配料、混合和成型。顆粒配合應(yīng)按緊密堆積原則，采用多級(jí)配比，減少中間顆粒，增加細(xì)粉量（含一定量超微粉），有利于提高制品的密度和燒結(jié)。加入一定量的結(jié)合劑，主要有磷酸鋁、磷酸、磷酸鋁鉻、纖維素、紙漿廢液等。其中最有前途的是活性磷酸鹽，近年來試用磷酸銨，取得較好的效果。泥料需混合均勻、水分約為3%-4%。經(jīng)高壓成型，獲得致密磚坯。

4、燒成。電熔剛玉制品的純度高，燒結(jié)難，需在高于1800度下燒成。燒成用窯視生產(chǎn)規(guī)模大小而定。小批量生產(chǎn)時(shí)，以高溫間歇窯為宜，成批穩(wěn)定生產(chǎn)時(shí)可用小型高溫隧道窯。

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