熔铸α-β氧化铝筒形砖及其生产方法

摘要

一种熔铸α-β氧化铝筒形砖，其中空筒壁四角内、外端均倒角，四筒壁上、下端中部开有位置对应的凸起或凹槽，凸起高度与凹槽深度尺寸比1∶5，其配方为10～30％回收熔铸α-β氧化铝熟料，余量为与回收熟料同质熔铸α-β氧化铝砖生料。其生产方法为先配料；再用中空电极上部通氮气、低压大电流熔化工艺熔配料，熔化电压180～280V，电流4千～9千A，氮气持续导通压力0.3～0.8mpa；然后浇铸成型，铸型用本体熟料或镁砂整体砂型，重量比为型砂∶水玻璃＝90～100∶6～10，水玻璃模数3.2～3.3，浇铸温度1900-2000℃，浇铸速度180～200kg/min；浇铸后退火，用硅铝空心球作保温介质，退火速度0.053～0.060℃/kg·h；最后冷加工制成筒形砖。

权利要求

1.一种熔铸α-β氧化铝筒形砖，其特征在于：所述的筒形砖呈中空的筒壁四角内、外端均倒角的筒状结构，其四个筒壁上端或下端的中间部分别开有位置对应的凸起或凹槽，凸起高度与凹槽深度的尺寸比是1∶5，所述筒型砖的配合料配方为10～30％的回收熔铸α-β氧化铝熟料，熟料组成为Al2O3≥93.5％，Na2O≤4.0％，SiO2+CaO+MgO≤2.5％，余量为与回收熟料同材质的熔铸α-β氧化铝砖生料，即工业氧化铝66.5～85.5％，精石英砂0.7～0.95％，碳酸钠2.6～3.4％。

2.一种生产权利要求1所述熔铸α-β氧化铝筒形砖的生产方法，包括配料、熔融、浇铸成型、退火和冷加工工序，其特征在于：利用中空电极上部通氮气、低压大电流的熔化工艺熔融配合料，再浇铸成型，最后冷加工制成产品，所述熔化电压180～280V，熔化电流4000～9000A，氮气持续导通压力为0.3～0.8Mpa，浇铸温度为1900-2000℃，浇铸速度180～200kg/min，所述的退火工序中采用硅铝空心球作保温介质，退火工序的降温速度

0.053～0.060℃/kg·h，所述浇铸成型的铸型用本体熟料或镁砂整体砂型，其重量比例为型砂∶水玻璃＝90～100∶6～10，其中水玻璃的模数3.2～3.3。

说明书

熔铸α-β氧化铝筒形砖及其生产方法

技术领域：

[0001] 本发明属于耐火材料范畴，涉及熔铸α-β氧化铝筒形砖及生产方法，产品主要用于砌筑现代玻璃熔窑蓄热室。背景技术：

[0002] 目前，玻璃熔窑蓄热室普遍采用以烧结镁砖、镁铬砖和低气孔粘土砖多层砌筑的西门子式或编篮式格子体，近年来逐渐出现以烧结镁质筒形砖、熔铸AZS(锆刚玉)异型砖多层砌筑的筒子形格子体。利用筒形砖取代原条形砖，格子体呈烟囱式不易堵塞，筒形格子砖总体上保留了原条形砖的理化性能，并且砌筑方便，砖体上下对齐基本无自由悬挂部分，结构稳定，使用寿命较长，从而日益受到重视。相比条形砖编蓝式格子体，筒子形格子体造价约高15％，却比十字形砖格子体低80-150％，而且在节能上，筒子形格子体与十字形砖格子体相差不大，条形砖编蓝式格子体热耗每年增加1-2％，筒子形格子体热耗每年增加约0.5％，由于“老化”减缓而节约大量能源。但烧结条形砖和烧结筒形砖自身的结构、性能决定其热容量较低，导热系数不高，致使格子体热回收率低，达到同样传热效果的单位体积重量大，抗碱、抗飞料侵蚀性能差，抗高温、抗热震和抗老化性能较差。

[0003] 同样厚度(40mm)的格子砖因制品材质不同，其热交换量差别很大，熔铸AZS(锆刚玉)砖的热交换量分别大于镁砖、硅砖和粘土砖，而熔铸α-β氧化铝砖的热容量及热交换量又大于熔铸AZS(锆刚玉)砖。熔铸α-β氧化铝制品中α-Al2O3相在高温下热稳定性好，β-Al2O3相含Na2O成份，对高温碱蒸汽是饱和的。因而，采用熔铸α-β氧化铝砖砌筑玻璃熔窑蓄热室，将是玻璃工业的一大进步，对提高蓄热室效能、寿命和玻璃熔窑的生产率会产生重大影响。

[0004] 但是，由于熔铸α-β氧化铝制品中α-Al2O3热膨胀系数大，料液结晶温度范围窄，制品本身玻璃相含量少，加上筒形砖形状复杂，铸件存在着较大的内部结构应力和几何温差应力，如果沿用熔铸α-β氧化铝普通砖的常规工艺，产品内部将不能形成分散均匀的微孔，既不能适应蓄热室温度周期变化的使用条件，又导致产品开裂等质量缺陷也不可避免，成品率低，无法组织工业化规模的生产。因而，截至目前尚无工业规模的批量熔铸α-β氧化铝筒形砖应市。发明内容：

[0005] 本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，为玻璃工业提供急需的优质熔铸α-β氧化铝筒形砖及其生产方法。本发明具有杂质含量少，内部为均匀的微孔状结构，耐压强度高，抗侵蚀性能和热稳定性好，抗高温和抗老化性能强的特点。

[0006] 本发明采用技术方案是：研制一种熔铸α-β氧化铝筒形砖，其特征在于所述的筒形砖呈中空的筒壁四角内、外端均倒角的筒状结构，在其四个筒壁上端或下端的中间部分别开有位置对应的凸起或凹槽，凸起高度与凹槽深度的尺寸比是1∶5，砌筑施工时，凸起与凹槽相扣，仍留有一定空隙，既使蓄热室格子体牢固，单位体积重量减轻，又使得气流横向流通，增大换热面积与效率。

[0007] 研制一种熔铸α-β氧化铝筒形砖的生产方法，包括配料、熔融、浇铸成型、退火和冷加工工序，其特征在于配合料中含有10～30％的回收熔铸α-β氧化铝熟料，余量为与熟料同材质的熔铸α-β氧化铝砖配方生料，采取从中空电极上部通氮气的技术措施，利用低压大电流熔化工艺在三相电弧炉中熔融配合料，浇铸成型时的浇铸温度为1900～2000℃，浇铸速度180～200kg/min，冷却退火的降温速度0.053～0.060℃/kg·h，铸型采用镁砂或本体熟料制作整体砂型。

[0008] 上述的配料工序中，配合料配方中含有10～30％的回收熔铸α-β氧化铝熟料，熟料组成为Al2O3≥93.5％，Na2O≤4.0％，SiO2+CaO+MgO≤2.5％，余量为与回收熟料同材质的熔铸α-β氧化铝砖配方生料，即工业氧化铝66.5～85.5％，添加剂：精石英砂0.7～0.95％，碳酸钠2.6～3.4％。

[0009] 上述的熔融工序中应用中空电极，并从其上部通入氮气，采取低压大电流熔化工艺在三相电弧炉中对配合料进行熔融，电弧炉的熔化电压180～280V，熔化电流4000～9000A，从中空电极持续导通的氮气压力为0.3～0.8mpa。

[0010] 本工艺优于现有普通熔铸α-β氧化铝产品的熔化工艺。由于改变炉内气氛条件，使电弧炉处于弱氧化状态，相对减少电极消耗和渗碳污染，增强电弧功率和熔化效率，显著降低能耗和提高了产品的质量。

[0011] 上述的浇铸成型工序中熔液的浇铸温度为1900～2000℃，浇铸速度180～200kg/min。

[0012] 上述的本体熟料或镁砂整体砂型中，其重量比例为：

[0013] 型砂∶水玻璃＝90～100∶6～10，其中水玻璃的模数3.2～3.3。

[0014] 型砂指镁砂或熔铸α-β氧化铝本体熟料，整体砂型优于现有的砂模板拼装模工艺。

[0015] 上述的退火工序中采用硅铝空心球作保温介质；

[0016] 上述的退火工序的降温速度0.053～0.060℃/kg·h。

[0017] 本工艺优于硅藻土、氧化铝、膨胀蛭石、石英砂等作为制品保温介质的退火方式，使制品的温差应力大大降低，提高产品质量，同时减少退火工序粉尘污染，改善工作环境。

[0018] 上述的冷加工工序中采用金刚石研磨、切割机床加工制品。

[0019] 采用本发明工艺制造的熔铸α-β氧化铝筒形砖产品，侧壁厚度小，单位体积受热面积大、重量小，热回收率高，抗侵蚀和抗热震性能好，热传导、热容量高，抗高温和抗变质性能均强。附图说明：

[0020] 附图是本发明所述的熔铸α-β氧化铝筒形砖结构示意图。具体实施方式：

[0021] 实施例1

[0022] 配料：原料组成中含有15％的回收熟料，余量为与熟料同材质的熔铸α-β氧化铝砖配方生料，即工业氧化铝81.25％，添加剂：精石英砂0.85％，碳酸钠2.90％。

[0023] 制备工艺包括配料、混合、电炉熔融、冷却退火和冷加工。

[0024] 型砂用自控高速混合机混合均匀，装入木模型内，经振动成型后钻取排气孔，涂刷市售高温离型剂后用高强度粘结剂制成完整的模型。

[0025] 电炉熔融：混匀的配料在三相电弧炉中采用中空电极进行熔化，熔化电压237V，熔化电流5000～5600A，从中空电极持续导通的氮气压力为0.4mpa。

[0026] 浇铸成型：

[0027] 浇铸温度为1960℃，浇铸速度185kg/min。

[0028] 铸型用本体熟料整体砂型。其重量比例为本体熟料∶水玻璃＝90∶6.8，水玻璃模数3.22。

[0029] 退火工序：采用硅铝空心球作保温介质；退火工序的降温速度0.056℃/kg·h。

[0030] 冷加工：采用金刚石研磨、切割机床加工制品。

[0031] 本发明产品质量好，其理化性能数据如下：

[0032] 1.化学成分(wt％)：Al2O3 SiO2 CaO MgO Na2O[0033] 94.4％ 1.34％ 0.067％ 0.066％ 3.69％[0034] 2.物理性能： 筒形砖 普通砖

[0035] 显气孔率(％) 0.74 1.0

[0036] 体积密度(g/cm3) 3.2 3.3

[0037] 气泡析出率(％) 0 0

[0038] 常温耐压强度(mpa) 170 200

[0039] 抗热震稳定性(1300℃，风冷次数) ＞10 ≤7

[0040] 本发明产品(中空格孔160×160mm，筒壁厚40mm，高度130mm)砌筑使用后，构成蓄热室单位格子体的有关参数如下：

[0041]

[0042] 实施例2

[0043] 配料：原料组成中含有30％的回收熟料，余量为与熟料同材质的熔铸α-β氧化铝砖配方生料，即工业氧化铝66.64％，添加剂：精石英砂0.70％，碳酸钠2.66％。

[0044] 电炉熔融：混匀的配料在三相电弧炉中采用中空电极进行熔化，熔化电压246V，熔化电流5800～6500A，从中空电极持续导通的氮气压力为0.6mpa。

[0045] 浇铸成型：

[0046] 浇铸温度为2000℃，浇铸速度195kg/min。

[0047] 铸型用镁砂整体砂型。其重量比例为镁砂∶水玻璃＝100∶8，水玻璃模数3.29。

[0048] 退火工序：采用硅铝空心球作保温介质；

[0049] 退火工序的降温速度0.054℃/kg·h。

[0050] 采用金刚石研磨机床对制品冷加工后，产品的理化性能数据如下：

[0051] 1.化学成分(wt％)：Al2O3 SiO2 CaO MgO Na2O[0052] 94.8％ 1.14％ 0.067％ 0.066％ 3.50％[0053] 2.物理性能： 筒形砖 普通砖

[0054] 显气孔率(％) 0.84 1.0

[0055] 体积密度(g/cm3) 3.23 3.3

[0056] 气泡析出率(％) 0 0

[0057] 常温耐压强度(mpa) 178 200

[0058] 抗热震稳定性(1300℃，风冷次数) ＞10 ≤7