高纯原料和二次熔铸料混配制造的锆刚玉制品及其工艺

1.一种高纯原料和二次熔铸料混配制造供玻璃窑作熔铸耐火材 料用的锆刚玉制品，其特征在于；
所述的高纯原料包括富锆砂、锆英砂、高温氧化铝、添加剂，所 述的高纯原料和二次熔铸料的化学指标如下表所示：

其中所述的二次熔铸料占全料的20％-70％(重量比)；上述原料通 过长弧熔融，并在所述原料全部熔融和出料前吹入压力为14-16Mpa 的氧气，氧气分别在离液面1/3和2/3处吹入；且将SiO2的含量控制 在12％-13.5％的范围内，ZrO2在32.5％以上。
2.按照权利要求1所述的锆刚玉制品，其特征在于二次熔铸料占 全料的30％。
3.按照权利要求1所述的锆刚玉制品，其特征在于二次熔铸料 占全料的40％。
4.按照权利要求1所述的锆刚玉制品，其特征在于二次熔铸料 占全料的50％。
5.按照权利要求1所述的锆刚玉制品，其特征在于二次熔铸料 占全料的60％。
6.按照权利要求1所述的锆刚玉制品，其特征在于二次熔铸料 占全料的70％。
7.一种高纯原料和二次熔铸料混配制造供玻璃窑作熔铸耐火材 料用的锆刚玉制品的工艺，包括如下步骤：
(1)配料：原料包括高纯原料和二次熔铸料，其中高纯原料包 括锆英砂、富锆砂、高温氧化铝和添加剂，所述原料应符 合下表要求，

其中，二次熔铸料占原料的20-70％(重量比)；
(2)制造铸型；
(3)熔化
①将配好的配料分批加入熔炉，配料的熔化采用长电弧熔融， 电弧长度为50-60毫米；
②电压：二次电压控制在320伏-380伏，其中初熔采用高电 压熔化，二次电压为380伏，精炼采用的二次电压为320伏；
③电流：初熔时，电流控制在3000-4000安，精炼时，电流控 制在4500安；
④熔化时间：每炉熔化时间为150分钟，其中，熔炼为120分 钟，精炼为30分钟；
⑤吹氧：采用分步、分层吹氧法，每炉吹氧两次，第一次在配 料全熔时，吹氧2分钟，第二次在浇铸前五分钟，吹氧1.5分钟，氧 气压力为14-16Mpa，吹氧位置在液面下1/3和2/3处；
(4)将熔融的原料注入前述的铸型，浇铸温度在1850℃- 1950℃，浇铸后在炉中剩余适当料，以便后续生产，一般 不得少于180毫米；
(5)将浇铸成型的锆刚玉进行退火处理。
8.按照权利要求7所述工艺，其特征在于所述的二次熔铸料占全 料的30％。
9.按照权利要求7所述工艺，其特征在于所述的二次熔铸料占 全料的40％。
10.按照权利要求7所述工艺，其特征在于所述的二次熔铸料占 全料的50％。
11.按照权利要求7所述工艺，其特征在于所述的二次熔铸料占 全料的60％。
12.按照权利要求7所述工艺，其特征在于所述的二次熔铸料占 全料的70％。

本发明涉及高纯原料和二次熔铸料混配制造的锆刚玉制品及其 工艺。\n目前，玻璃窑用熔铸耐火材料为适应玻璃窑炉技术的发展，在生 产工艺、生产技术、品种、规格等方面，不断改进和完善。尽管如此， 玻璃窑用熔铸耐火材料的生产与使用仍然存在突出的问题，就是产品 的质量与生产成本、环境污染的关系问题。就目前的生产方法，一种 是按传统工艺用全生料原料生产，另一种是采用全废料生产。前者以 质量控制点主要在于溶液的氧化程序，显微结构的致密性，结合程度 的均匀性，缩孔的大小及位置为切入点，且采取系统监控和无损伤探 伤，从而保证了产品质量。但是这种生产方法存在着成本高，且更主 要的是存在一定的污染后效，原因在于这种工艺生产的制品在达到服 务年限以后将成为不能降解的工业废料，从而污染人类的生活环境。 后者是以玻璃窑上用过的熔铸耐火材料作原料，经特殊处理加工，调 整其成份和改进熔化工艺参数来制备熔铸耐火砖，其优点在于解决了 产品成本过高和工业废料的综合利用。但由于这种生产工艺采用全熟 料配料，这些熟料是经过高温和长期侵蚀后已没有活性，部份机质烧 死，部份制品已高度氧化，主要成份含量降低，残留物质，主要是 SiO2与杂质难以控制，熔铸后，难以使制品的显微结构致密与结合程 度均匀，影响制品的高温性能与侵蚀性能，使用寿命短。\n另一方面，现行的生产锆刚玉制品的生产方法主要有：长电弧法、 长弧熔融惰性气体保护电极法和长弧熔融氧化法，其中：\n长电弧法，是利用较高的二次电压，获得长度约为50毫米的长 电弧进行熔融生产。采用该方法生产，虽然电极不与熔体接触，不发 生碳化作用，但在融化过程中，由于电极的机械磨损与氧化，部份石 墨容易落入熔体表面，增加制品中碳的含量。碳在高温下将与氧气产 生反应，生成CO、CO2，从而造成制品气孔率增加，发泡指数增高， 影响产品质量。\n长弧熔融惰性气体保护电极法，该方法是针对长电弧法缺点的改 进。按照该方法，在熔解过程中加入了惰性气体氩，使电弧本身为离 子化的氩气，阻止了碳在融化过程中侵入熔体，但炉料中的碳成份却 不能得以完全氧化排出，致使碳含量在制品中相对较高，从而影响制 品的致密程度及玻璃相渗出温度。\n长弧熔融氧化法：该方法是利用较高的二次电压产生的长电弧融 化炉料，待融化后吹入氧气，并利用添加剂，使熔化过程中渗入的少 量碳与其它杂质成分充分氧化，并挥发逸出，最终使熔体内彻底脱碳， 除杂和净化。\n本发明的第一个目的在于提供一种高纯原料和二次熔铸料混配 制造的锆刚玉制品。\n本发明的另一个目的在于提供一种制造上述锆刚玉制品的工艺。\n按照本发明的第一个目的，一种高纯原料和二次熔铸料混配制造 的锆刚玉制品，是根据Al2O3-SiO2-ZrO2三元系相图确定制品化学成 份，原料为高纯原料和二次熔铸料，其中，高纯原料即纯度较高的全 生料，包括富锆砂、锆英砂、高温氧化铝、添加剂等。所述各项原料 的化学指标如表1所示：\n                       表1\n\n其中，所述的二次熔铸料占全部原料中的20％-70％(重量比)；上述 原料通过长弧熔融，并在所述原料全部熔融和出料前，将压力为14 -16Mpa的氧气吹入液面下的1/3、2/3处，并将SiO2的含量控制在 12％-13.5％的范围内，ZrO2在32.5％以上。\n由于按照本发明的高纯原料和二次熔铸料混配制造的锆刚体制 品，采取了长弧熔融氧化法，使溶液的氧化程度、显微结构的致密性、 结合程度的均匀性都能处于最佳状态，使制品中的碳含量能控制在 0.003％以下，使用时的发泡率在0.72％以下。\n众所周知，制品中SiO2含量过低，将会影响制品的玻璃相渗出 温度；如果SiO2含量过高，将会使制品出现裂纹，影响制品的高温 稳定性及制品外观。发明人通过AZS岩相分析和实验筛选，确定SiO2的含量应在12％到13.5％的范围内。且实验证明，将SiO2的含量控 制在上述范围内，既能抑制炉料熔化时莫来石形成，又能提高制品玻 璃相渗出温度能比已有技术高出100℃左右。\n如前所述，二次熔铸料的活性极差，机质烧死，过量使用会影响 制品的高温稳定性；另一方面，二次熔铸料的氧化程度高，主要成份 含量相对低，非主要成份含量相对增加，特别是SiO2与杂质含量较 高。如果使用的二次熔铸料过低，不利于降低成本。为此，发明人对 采用不同比例的二次熔铸料进行了试验，其结果列于表2至表7，\n                       表2\n\n                       表3\n\n                       表4\n\n                       表5\n\n                       表6\n\n                       表7\n\n                       表8\n\n表9列出了采用不同比例的二次熔铸料的混配比和包括实验获 得的质量指标、SiO2、ZrO2含量成本及试验结论：\n                         表9\n\n从表2至表9所示数据，说明：\n第一、二次熔铸料大于70％，由于SiO2的含量超过13.5％这一\n控制上限，使产品出现不利因素，显然不可取。\n第二、二次熔铸料小于30％，尽管SiO2、ZrO2的含量都在控 制指标之内，但从降低成本与减少污染来讲，争取的空间太小，此 方案虽可行，但不是最佳方案。\n第三、合理的二次熔铸料应在30％-70％的范围内，它们无 论从SiO2、ZrO2的含量，降低成本，还是从减少污染的角度都是有 利的。\n按照本发明的另一方面，提供一种高纯原料和二次熔铸料混配 制造锆刚玉制品的工艺，其工艺流程图如图1所示，包括：\n1.配料，选用前述表1记载的质量标准的高纯原料和二次熔铸 料，其中高纯原料包括锆英砂、富锆砂、高温氧化铝、添加 剂。高纯原料和二次熔铸料的配比可按表2-表7所示的配\n制，优选的按表3-表7配制。\n2.制备铸型；\n3.熔化，\n(1)将配好的配料分批投入熔炉，配料的熔化采用长电弧 法熔融。电弧长度为50-60毫米。\n(2)电压，二次电压控制在320-380伏之间，其中初熔采 用高电压熔化，二次电压为380伏，如采取精炼，二 次电压为320伏。\n(3)电流选择：初熔时，电流控制在3000-4000安，精炼 时；电流控制在4500安。\n(4)熔化时间，每炉熔化150分钟，其中：熔炼为120分 钟；精炼为30分钟；\n(5)吹氧：采用分步、分层吹氧法，每炉吹氧两次。第一 次在配料全熔时，吹氧2分钟；第二次在浇铸前五分 钟，吹氧1.5分钟。氧气压力为14-16Mpa。吹氧位 置在液面下1/3和2/3处。\n4.将熔融的原料浇入前述的铸模，浇铸温度在1850℃- 1950℃。浇铸后在炉中剩余适当液料，以便继续生产。一般 不得少于180毫米。\n5.将浇铸成型的锆刚玉进行退火处理；\n6.对成型的锆刚玉进行初检。\n7.对初检合格的锆刚玉加工成制品，以适合于使用要求。\n8.检验入库。\n按照上述工艺生产的锆刚玉制品，其质量指标为：\n        体积密度≥3.82\n        显气孔率≤1％\n        荷重温度≥1700℃\n        常温耐压强度≥350Mpa\n        玻璃相渗出温度≥1460℃\n       SiO2含量：12％≤SiO2≤13.5％\n       ZrO2含量：ZrO2≥32.5％\n申请人已将本发明的构思和实施作了详细说明，本专业的技术 人员可以在此基础上作出各种变换和改进，但这些变换和改进都没 有脱离本发明的精神，都在权利要求书限定的保护范围之内。