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剛玉磚的生產(chǎn)工藝

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剛玉磚的生產(chǎn)工藝

發(fā)布日期:2018-12-03 作者: 點(diǎn)擊:

    剛玉磚的生產(chǎn)工藝:

  電熔剛玉耐火材料按照制造工藝可分為熔鑄剛玉磚和再結(jié)合(半再結(jié)合)電熔剛玉磚。熔鑄剛玉磚是以工業(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>

  熔鑄剛玉制品

  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(guò)冷卻固化使結(jié)晶發(fā)育長(zhǎng)大而形成的制品,稱為熔鑄剛玉耐火材料。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熔鑄剛玉耐火材料是經(jīng)過(guò)配合料熔化、精煉,然后澆鑄到模型中,鑄件經(jīng)過(guò)凝固、退火、切割、磨削和預(yù)組裝,稱為合格產(chǎn)品。按其化學(xué)礦物組成主要有三種類(lèi)型。

  熔鑄a-Al2O3又稱電熔a-Al2O3磚(電熔剛玉磚TY-A),是以a-Al2O3為主相的熔鑄耐火材料。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。

  熔鑄β-Al2O3磚又稱電熔β-Al2O3磚(電熔剛玉磚TY-H),以β-Al2O3為主晶相的熔鑄耐火材料,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。熔鑄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)。

  熔鑄a、β-Al2O3磚又稱電熔a、β-Al2O3磚(電熔剛玉磚TY-M),是含a-Al2O3和β-Al2O3的熔鑄制品。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。

  熔鑄剛玉制品的制造工藝與一般熔鑄耐火材料的工藝過(guò)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)決定了熔鑄剛玉制品的工藝要點(diǎn)如下:

  原料及配合料。熔鑄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(guò)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(lái)不及排氣就凝固,也會(huì)使鑄件形成大量微孔。為了減少熔鑄磚的縮孔,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(lèi)型別來(lái)添加不同的物料。

  對(duì)于熔鑄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)于熔鑄β-Al2O3磚型和熔鑄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(guò)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。熔鑄β-Al2O3磚配料只能中Na2O含量應(yīng)不大于5.2%,熔鑄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(guò)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(lái)的干凈剛玉碎塊,但其數(shù)量不能超過(guò)裝料量的30%。

  熔煉和制品的澆注。我國(guó)生產(chǎn)的熔鑄氧化鋁產(chǎn)品中含C0.03%-0.55%,國(guó)外同類(lèi)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(guò)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(guó)首先發(fā)明的,其特點(diǎn)是采用長(zhǎng)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(guò)程中要注意氧化熔融的電弧不能太長(zhǎng),一般為30-50mm,因?yàn)殡娀‰妷号c弧長(zhǎng)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(guò)熱,因?yàn)檫^(guò)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(kāi)裂。

  鑄件冷卻。鑄件的降溫冷卻過(guò)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(kāi)始向中心擴(kuò)展,當(dāng)鑄件的周邊結(jié)晶硬化并開(kāi)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(guò)程對(duì)熔鑄制品的質(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。熔鑄剛玉耐火材料經(jīng)過(guò)退火處理的合格制品在進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)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(guò)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(kāi)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(guò)預(yù)燒,使這些分解、氧化反應(yīng)所帶來(lái)的破壞應(yīng)力消除在預(yù)燒過(guò)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(kāi)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。

  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(lái)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。

  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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關(guān)鍵詞:高鋁磚,剛玉磚,澆注料

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