电熔刚玉耐火材料的生产工艺及性能介绍
发布日期： 2016-06-16 00:00:00 阅读量（703） 作者：电熔刚玉耐火材料按照制造工艺可分为熔铸刚玉砖和再结合（半再结合）电熔刚玉砖。熔铸刚玉砖是以工业氧化铝及少量纯碱和石英粉在电弧炉内熔融，再经铸型、退火等工序，最后机械加工成所需的形状、尺寸。再结合（半结合）电熔刚玉砖使用粉碎好的电熔刚玉颗粒及粉料，加入结合剂，经充分混炼后，用压砖机成型，砖坯烘干后高温烧成。
熔铸刚玉制品
将氧化铝原料配合料在高于熔融温度下熔化后，浇注在预制的耐火模型中，经过冷却固化使结晶发育长大而形成的制品，称为熔铸刚玉耐火材料。一般采用电熔方法熔化。
以工业氧化铝为主要原料电熔的熔铸刚玉耐火材料是经过配合料熔化、精炼，然后浇铸到模型中，铸件经过凝固、退火、切割、磨削和预组装，称为合格产品。按其化学矿物组成主要有三种类型。
熔铸α-Αl2O3又称电熔α-Al2O3砖，是以α-Al2O3为主相的熔铸耐火材料。α-Al2O3约95%，β-Al2O3为5%-10%，玻璃相较少。这种砖的结构致密，耐火度和高温结构强度较高，高温化学稳定性好，但在碱金属氧化物的作用下，可能转化为β-Al2O3而发生体积增大，适用于砌筑玻璃窑冷却池部位上部结构，以及有色金属冶炼炉及高温隧道窑。
熔铸β-Al2O3砖又称电熔β-Al2O3砖，以β-Al2O3为主晶相的熔铸耐火材料，β-Al2O3含量约99.5%，玻璃相较少，约占0.5%以下，对碱蒸汽呈惰性。在不含碱的气氛中，易分离出碱而转化为α-Al2O3，并伴随有体积收缩，而可能引起砖的碎裂。熔铸β-Al2O3砖耐热震性较好，700度到常温空气循环可达40次左右，一般适用于砌筑玻璃熔窑的上部结构。
熔铸α、β-Al2O3砖又称电熔α、β-Al2O3砖，是含α-Al2O3和β-Al2O3的熔铸制品。α-Al2O3约占40%-50%，β-Al2O3约占45%-60%，玻璃相极少。同β-Al2O3型制品相比，抗玻璃液的侵蚀能力较强，高温下抗碱蒸汽的作用也较好，可用于玻璃窑上部结构，也可用于直接与玻璃液接触的低温部位。
熔铸刚玉制品的制造工艺已一般熔铸耐火材料的工艺过程大同小异。只是由于材质性质的差异，工艺参数略有不同，如熔化温度高（2300-2500度）、浇注温度高（1960-1980度）。这些特点决定了熔铸刚玉制品的工艺要点如下：
原料及配合料。熔铸刚玉制品用的原料主要是工业氧化铝和石英砂。配合料由工业氧化铝97%（要求Al2O3含量大于等于98.5%）和石英砂3%，并加入少量外加剂，在轮碾机上经过30-40min混合而成。
在不加外加剂的情况下，熔炼炉熔池温度要达到2200-2300度，在这种情况下熔体有很大的膨胀，在浇注冷却后必然产生很大的缩孔，难以获得致密均匀地铸件；同时由于氧化铝熔体的粘度很低，结晶能力很强，来不及排气就凝固，也会使铸件形成大量微孔。为了减少熔铸砖的缩孔，需要在配料中加入少量的外加物，以降低熔化温度，进而降低熔体的体积膨胀。根据产品类型别来添加不同的物料。
对于熔铸α-Al2O3砖，应添加少量的助熔剂，如引入0.25%-1%的B2O3，不仅可以加速熔化工程，还能提高熔体的粘度。
对于熔铸β-Al2O3砖型和熔铸α、β-Al2O3砖，应加入Na2O,一般以碳含量为5.24%，但实际熔化过程中由于Na2O高温蒸发、粉尘飞扬造成损失以及操作条件等因素，往往使配料中的Na2O有较大的损失，因此在计算配料比时，纯碱或Na2CO3的加入量应比理论值要高一些。熔铸β-Al2O3砖配料只能中Na2O含量应不大于5.2%，熔铸a、β-Al2O3砖配料中Na2O含量控制在3.5%。但还需控制SiO2含量在1.1%-1.5%，这是因为SiO2虽然具有提高熔液粘度和降低Al2O3结晶能力的作用，但SiO2若过多，会增加非晶态玻璃相的含量，对制品的高温使用性能不利。
除配合料外，入炉料还有回收废料，如废铸件、冒口等，以及外来的干净刚玉碎块，但其数量不能超过装料量的30%。
熔炼和制品的浇注。我国生产的熔铸氧化铝产品中含C0.03%-0.55%，国外同类产品仅为0.005%，C的存在会降低制品的密度、抗热震性和抗侵蚀性，增加缩孔裂纹以及使玻璃中形成气泡的倾向增大，因此需要尽可能降低低碳含量，同时还必须限制染色氧化物（Fe2O3、TiO2）及H20、SO2、N2等含量。所以采用氧化熔融生产工艺量为合理，同时还补加氧化剂和吹氧的方法，在熔化过程中吹氧可以起到搅拌和脱碳的双重作用。
氧化电熔法是法国首先发明的，其特点是采用长电弧，石墨电极在物料的上部利用电弧弧光的辐射高温熔化物料，避免了与熔液接触，作业空间处于氧化氛。熔化过程中要注意氧化熔融的电弧不能太长，一般为30-50mm,因为电弧电压与弧长呈线性关系。而随电弧电压升高，刚玉结晶粒度缩小，达到230v时，铸件的密度就会降低；同时把熔炼时间缩短到最低限度，以免增碳；其次还应有烟气除尘通风，以保证炉内的氧化气氛。
当所有的配合料都熔化并达到熔体表面很洁净时，就可以进行浇注。浇注前先做好铸模。熔体浇注时的温度要控制在1960-1980度，为了提高浇注密度，可分层浇注，10-20min浇注一层，当前一浇注表面温度冷却到1680-1700时浇注下一层，向熔液中加入与熔体成分相近的电熔料块，可增大浇注时熔流的致密度。合理设置浇注口，并除去气孔分布多的铸件部分，都能促进铸件的密度提高。
浇注时的熔体，既要保证有良好的流动性，又要避免过热，因为过热会促使熔体吸收气体，铸入模后的收缩率就会相应增大，铸件也就会产生缩孔和开裂。
铸件冷却。铸件的降温冷却过程大致分为熔体的流动（浇注）、散热、熔体凝固硬化（结晶）和已硬化的铸件冷却等4个阶段。在熔体硬化工程中，它的结构正在形成。初期，铸件表皮温度急剧下降，熔体向模型快速散热而形成极致密的部分，析出晶相形成铸件的微晶和中晶区域。剩余的熔体主要集中在靠近浇注面的铸件中部部位，以后形成粗晶结构。由于结晶是从边缘开始向中心扩展，当铸件的周边结晶硬化并开始冷却时，铸件中心尚属高温液态熔体，边缘与中心的温差相当大，在铸件内势必产生形成裂缝的应力，内外硬化速度相差越大，热应力也就越大。因此，铸件的冷却过程对熔铸制品的质量及结构有重要意义。
铸件在脱模后要进行退火，实际上就是控制铸件的硬化（结晶吧）和冷却速度。退火的方式有两种：自然退火和可控退火。自然退火就是依靠铸件外部的良好隔热层，使铸件平稳缓慢冷却，冷却速度可由铸模外硅藻土或膨胀蛭石层的厚度加以调整。可控退火是将表皮已经硬化的铸件脱去铸模或带模放进小型隧道窑中，按规定的退火曲线进行缓慢冷却。
制品的机械加工。熔铸刚玉耐火材料经过退火处理的合格制品在进入仓库前，必须进行机械加工处理。由于刚玉硬度大、强度高，所以采用金刚石工具进行加工处理。铸件经过切割、研磨、打孔等工序，使制品具有精确地几何形状、光滑平整的表面和安装密配要求精确尺寸。
再结合电熔刚玉制品
以电熔刚玉熟料为颗粒料，电熔刚玉细粉或烧结刚玉细粉为基质，配合制成的再结合烧结制品，其生产工艺要点为：电熔刚玉原料的处理。用电熔棕刚玉或白刚玉为原料时，需将熔块砸碎后拣选，除去棕刚玉块夹带的硅铁合金或其他杂质成分。白刚玉块应拣除呈片状结晶的高铝酸钠，以及其他低熔物，这些杂质矿物由于密度小，通常浮于刚玉熔块的表面，较易鉴别。刚玉中含有少量的有害成分，会使制品烧结不良或开裂，故在使用前应预先进行煅烧。末拣净的硅铁合金在500-1000度时氧化分解成Fe2O3和SiO2,含钛矿物氧化成TiO2（金红石）等，均产生较大的体积膨胀，经过预烧，使这些分解、氧化反应所带来的破坏应力消除在预烧过程中，避免在制品烧成时因为这些杂质矿物的反应产生膨胀而引起制品开裂。
电熔刚玉块体积较大，需先用落锤或其他方法砸碎，然后进行粉碎，按不同粒度筛分储存。电熔刚玉硬度大，细磨困难，故应采用球磨机或震动球磨机进行湿磨，达到<40um或更细<10um.颗粒料用电磁铁除铁，细磨粉料则采用酸洗除铁。
配料、混合和成型。颗粒配合应按紧密堆积原则，采用多级配比，减少中间颗粒，增加细粉量（含一定量超微粉），有利于提高制品的密度和烧结。加入一定量的结合剂，主要有磷酸铝、磷酸、磷酸铝铬、纤维素、纸浆废液等。其中最有前途的是活性磷酸盐，近年来试用磷酸铵，取得较好的效果。泥料需混合均匀、水分约为3%-4%。经高压成型，获得致密砖坯。
烧成。电熔刚玉制品的纯度高，烧结难，需在高于1800度下烧成。烧成用窑视生产规模大小而定。小批量生产时，以高温间歇窑为宜，成批稳定生产时可用小型高温隧道窑。
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