制备熔铸耐火材料的方法

专利名称：制备熔铸耐火材料的方法
技术领域：
本发明涉及制备耐火材料方法的领域；更确切地说，本发明涉及制备耐火材料的熔铸法，特别是其中使用改性剂处理熔化炉料的方法。
背景技术：
耐火制品例如耐火砖、耐火块和各种不同形状的耐火材料可以由陶瓷材料按照不同的方法来制备。例如通过在高温下烧结陶瓷材料，或通过结合剂使该陶瓷材料粘结在一起。另外，在熔铸法中，首先熔融陶瓷材料，将其注入具有所需尺寸和形状的模具中，在冷却之后从模具中取出耐火材料坯体。适合于熔铸制品的陶瓷材料包括氧化物例如氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化铬、氧化镁、碱金属氧化物以及铬矿、锆英石和它们的混合物。
在制备熔铸耐火材料中，在电弧炉中熔化陶瓷材料已经在工业生产中实施，但是也可以使用其它的熔融方法。在电弧方法中，在电极和熔体之间触放电弧。在盛放在顶部敞开或封闭的熔埚或铸桶中的熔体中或上方操作电极，其中该熔埚或铸桶具有盛放陶瓷材料的壁并配备有浇铸槽。
熔铸耐火材料具有许多用途，非常重要的是使用在玻璃工业中，在这里这种耐火材料被用作盛放熔融玻璃的炉和罐的内衬和/或结构材料。
在玻璃制造过程中，耐火材料内衬和熔融玻璃之间的相互作用导致在玻璃中产生气泡、结石和其它缺陷。此外，从耐火材料中渗出并进入玻璃中的不同玻璃相会造成熔体的进一步污染，甚至造成耐火材料的过早破坏。
几十年来，人们一直在努力使耐火材料和熔体之间的化学反应降低到最小。早在1960年以前，在法国专利1,208,577中公开了熔铸耐火材料坯体中的过高的孔隙率和由于石墨导致的氧化物熔体的化学还原这二者将增加上述负面作用，所述的石墨是电弧熔化常用的电极。它进一步公开了通过这样触发电弧可以改善熔铸耐火材料制品的性能，即使电极和熔体分开和提高电极和熔体之间的电弧长度。这种方法被称为“高电弧方法”。高电弧使得由于来自电极的碳和一氧化碳导致的氧化物的还原减至最低。穿过熔体的电弧可以在表面造成扰动，降低耐火制品中的孔隙率。577专利广义地公开了通过使氧化气体例如空气或氧气流过熔体同样可以产生扰动。
此外，沿着这条思路，与上述577专利具有相同受让人的美国专利3,079,452公开了使用空气流有利地更新氧化物熔体上方的气体气氛以除去由于熔体和石墨电极之间的反应而产生的一氧化碳气氛。可以通过在熔埚上配备的空气孔或通气孔例如放液孔加入空气。具有相同受让人的英国专利1,036,893简略描述了一种熔埚，其中在熔体表面的下方引入空气，通过不同于在上述577专利中描述的方法加热熔体。美国专利3,670,391公开了通过用于加热熔体的中空电极加入干燥氩气、氮气或二氧化碳气体也可以改善制品的性能。
美国专利3,703,391涉及一种通过插入用氧化气体加压的水冷却金属喷枪来在熔体中加入该氧化气体的方法。这种通用技术被许多熔铸耐火材料的制造商所接受并一直在使用，一般喷枪被插入熔体中，然后在浇铸之前取出。然而，使用这样的水冷却喷枪在该方法中引入危险因素，因为万一密封开裂或焊接点断裂或发生其它的水冷却系统的破坏，那么由于泄漏进约2000℃温度的熔体中的水快速蒸发将产生爆炸。
因此，如果使用常规的喷枪技术，那么必须进行严格的检验、再检验和安全检查。在391专利中描述了通过使用水冷却的气体喷射小型喷枪造成的这些问题，该小型喷枪可活动地与熔埚中的排出孔连接在一起并用于仅仅在熔体形成之后但是在它被浇铸之前在熔埚被倾斜这段时间中将气体加入熔体中。在另一种方法中，美国专利3,868,241通过仅在熔体被浇铸入模具时使熔体与氧化气体接触从而避免了与直接在熔体中喷入氧化气体有关的问题。
在制备熔铸耐火材料的一般生产周期中，在带壁的熔埚中装满陶瓷材料，触发电弧，熔化该材料，将熔体从熔埚浇铸到模具中或其它的成型部件中，再在熔埚中装满陶瓷材料，熔化该新的陶瓷材料，并浇铸入模具中，等等。熔铸耐火材料的生产周期一般运行几天或几周并且基本上是重复进行的间歇式方法。在生产周期结束时，一般降低或关闭电源，因此两种情况下相当多的残余熔融陶瓷材料在熔埚中凝固。一般通过重新触发电弧，重新熔化来自上一周期的陶瓷残余物等开始下一个周期。
本发明的公开内容上述使用改性气体处理熔铸熔体的技术中的改进未谈及这样的事实，即有害的氧化物的还原反应可以在整个熔体的操作时间内在熔体中一直持续。在现有技术中，一般没有持续地在整批批料中使用改性气体处理和扰动熔体。
对于本领域普通技术人员来说，气体处理不连续的特性使它看起来似乎希望在熔体被浇铸之前使用大量的气体剧烈处理熔体，但是这会导致熔铸制品中过高的孔隙率。目前，在现有技术中是通过在气体处理结束和熔体被浇铸之间的这段时间内采用电源断开延迟来补偿这一缺陷以使气泡能够从熔体中逸出。然而，随着搅拌的中断，较致密的熔体组分倾向于下沉到熔埚的底部，导致一种不均匀的熔铸产品。
因此，本发明的目的是改正现有技术中的这些缺陷。在实现该目的同时，也希望可以使用改性剂处理熔铸熔体，但不使用水冷却的气体引入装置，从而避免与水冷却喷枪相关的危险和费用。
在实现本发明的这些目的时，本发明对熔铸法进行了改进，其包括在整个单批料/多批料生产周期中以基本上连续的方式使用改性气体处理熔化的陶瓷材料，以及在周期之间保持气体处理。
在优选的实施方案中，改性气体是一种氧化剂，该气体借助于一个或多个风嘴输送到熔体中，其中该风嘴熔体表面的下方延伸入熔埚中。除了稳定地防止还原剂之外，这种作法可以在每一个间歇过程中包括浇铸步骤中连续、可控地搅拌熔体。根据本发明，可以(但并不必需)连续地激发电弧，甚至在熔体的浇铸步骤期间，因此保持熔体处于相对均匀的温度。电弧也可以增强由注入的气体引起的搅拌。
搅拌可以改善熔体的化学组成和温度的均匀性，显著地降低一个周期期间较致密的组份下沉到熔体池底部的数量，从而降低已被浇铸的熔体内组成和温度的变化。在接通电源和连续搅拌的条件下浇铸与断开电源相对比产生较高的熔体温度。较高的熔体温度是所希望的，因为在该方法中所用气体的溶解度在较高的温度下通常是较低的。熔体中残余的气体导致浇铸耐火材料不希望的性能，例如低密度和增加的熔析倾向。然而，如果在浇铸期间不断开电源，但无气体的连续注入和由此产生的搅拌，那么熔体的温度可以升高以致通常在制造模具中使用的有机粘合剂分解为气态反应产物，重新得到密度下降和有熔析倾向的耐火制品。
相对简单和低成本的风嘴使得在整个生产周期中以基本上连续的方式使用气体处理熔铸熔体成为可能，同时在周期之间保持气体的注入。在周期之间保持气体的注入是必须的，因为通过降低或关闭电源造成的大量熔体在熔埚中的固化使生产周期中断，这导致残余熔体在风嘴的周围固化。这会使风嘴固定，并在下一个周期开始时阻碍风嘴的再使用。
下面将参照表示优选实施方案的附图和其后的详细描述来说明本发明，包括本发明的实施方式和装置。
附图的简要描述附

图1是在本发明中使用的优选风嘴部件的俯视图，附图2是与实施本发明所使用的部分窑炉连接的附图1的风嘴部件的侧视图，其中窑炉用虚线和横截面表示。
附图3是在间歇生产过程中处于某一阶段的装有熔铸耐火材料的本发明的窑炉的示意性侧视图，部分用横截面表示。
附图4与附图3类似，只是处于间歇生产过程的较后阶段。
实施本发明的最好方式本发明的方法提供一种在整个生产周期中使用改性剂连续处理熔铸窑炉中熔体和在周期之间保持这种处理的装置。虽然可以使用不是气体的试剂，但是在本发明中所使用的改性剂是气体。根据本发明可以使用非氧化气体的改性剂，例如氩气、氮气等(参见美国专利3,670,061)，但是优选使用氧化气体。在各种不同的氧化气体中，已知选自空气、氧气、一氧化二氮、二氧化碳和它们混合物的气体可以得到好的结果并且是优选的。在这些氧化气体中，氧气是特别引入注目的，因为它费用较低的。
为了简单地将气体连续注入熔体中，可以使用在现有技术中众所周知的喷枪。例如，优选为不受相关的冷却妨碍的喷枪，可以向下插入并穿过熔体的表面至熔体表面下方希望出现气泡的位置，例如与鼓泡气体相关的搅拌是最有效的位置上。
然而，根据本发明，气体连续注入熔体中优选是通过使用至少一种合理设计的作为喷射器的风嘴来实现的，出于本发明的目的，该风嘴有利地是不同于目前在现有技术中使用的优选穿过熔埚或铸桶壁的“喷枪”。历史上，风嘴是一种通过它可以将气流输送到窑炉例如膛式炉或鼓风炉中的装置。根据风嘴必须连接的窑炉、欲被注入的气体的种类、与风嘴接触的介质的特性、它的温度等，可以按照无数种不同的设计来制造风嘴。
风嘴可以在任何点上穿过含熔体的熔埚壁，优选在熔体表面的下方。在许多情况下，使用单个风嘴是足够的，但是在大容积的熔埚中或例如，如果希望在熔体中注入不止一种气体时，可以有效地使用多个风嘴。为了将气体输送在电极的投影三角，即通过连接通常用于熔化陶瓷材料的三个电极的接点并将所得到的三角向下投影在熔体中而产生的三角，之内，风嘴的优选插入位置在熔埚的底部或其附近。
当风嘴被这样插入熔埚中，并且当大量的熔体固化而预示生产周期的中止时，风嘴会被逐渐凝入陶瓷材料中。这会导致风嘴的损坏；也就是说，在下一个周期开始时，在陶瓷材料重新熔化时，通过风嘴的气流常常未能重新恢复。结果，已经发现需要一种在周期之间保持气体注入的装置，由此保证在随后的周期中气体可以基本上连续地被注入。
这里有几种在周期之间连续注入气体的方法。例如，风嘴可以包括耐熔金属材料(在下面列出)。如果合理地设计，这样的风嘴可以避免被凝入陶瓷材料中，从而在几个周期中从风嘴中出来的气流可以令人满意地重新恢复。因此，即使关闭电源，只要风嘴孔投影到所形成的渣皮的上方，那么就可以在周期之间保持气体的注入。然而，由耐熔金属材料制成的风嘴是十分昂贵的。
另外，可以通过简单地使窑炉空转，来保持周期之间的气体注入，也就是说，通过降低电压以便使熔化陶瓷材料池降低至最小并使气流连续流过风嘴和已降至最小的耐火材料池。在其它情况下，特别是如果风嘴容易检修并相对便宜时，那么通过关闭电源中止该周期，使熔体在熔埚中固化并在生产周期之间更换风嘴。下面详细描述在周期之间保持气体注入的后一种技术。在周期之间风嘴的更换确保在下一个周期时气体注入的重新恢复，所以是优选的。
如果合理地设计风嘴和在合适的位置使风嘴穿过熔埚壁，那么已经发现不需要提对风嘴提供冷却。然而，除特别的复杂性和特别高的费用之外，如果需要不必排除对风嘴的冷却，这种风嘴的设计在本领域普通技术人员的知识范围内。如果需要冷却，因为上述的理由，优选避免使用水作为热传递介质。相反地，可以使用另一种热传递介质，其优选在风嘴操作温度下是流体，如果需要，根据蒸汽压力和所选择的流体的反应性可以设计一种密闭加压体系。合适的热传递介质包括例如熔融铝、铋、硼、铈、钴、铜、锗、镧、锰、镍、硅、锡和它们的混合物。
对于本领域普通技术人员来讲，很明显风嘴设计的细节不是关键的，许多不同的设计都将是有效的。在本发明中使用的优选具有相关装配金属构件的风嘴见附图1和2。该风嘴在设计上是非常简单的，其是由相对便宜的材料制造的，在每个生产周期之后可以抛弃该风嘴并且如果需要可在下一个周期中更换新的风嘴。另外，由于使用耐熔金属材料制造，所以这样设计的风嘴可以用于许多生产周期中。
现在，参见附图，风嘴组件10包括熔埚管道19，其一端具有螺纹20以便可移动地与穿过熔埚壁31的配套通道啮合。熔埚管道19的另一端焊接到熔埚法兰15上。插入管道13通过焊接接点14连接到输送导管11上，并通过熔埚管道19延伸，熔埚管道19的内径比插入管道13的外径大。插入管道13被焊接在风嘴法兰16上并在尾管17上终止。风嘴法兰16借助于螺栓/螺帽组合体18可移动地与熔埚法兰15连接。改性气体被喂入尾管17中。
应该注意到改性气体在孔12处离开输送管11，正如下面说明的一样，该孔12位于耐火材料残余物或渣皮34的表面39之上或该处。在操作中，尾管17连接到气体处理设备上，包括调节气体压力的设备，但是为了简单起见没有示出，并且对于本领域技术人员来说这是众所周知的。
风嘴组件可以由许多不同的材料或这些材料的混合物构成。例如，可以使用陶瓷材料如氧化铝、金属材料如不锈钢或耐熔金属材料如钼、铱、铌、锇、铼、钽、钨和它们的混合物。在这些材料中，不锈钢例如300系列的不锈钢是最便宜的，因而也是优选的。如果输送管11是由可以从市场上买到的不锈钢微管构成，那么在孔12和渣皮表面39之间的这部分输送管11在生产周期期间通常被消耗掉，这样输送管11终止在表面39处并且孔12位于表面39处。同样使用不锈钢制造插入管道13是最方便和经济的，但是这些材料和其它材料的选择不是关键的。很明显，如果需要可以制造附加的风嘴并将其插入熔埚壁31中。
根据系统的几何尺寸、熔体的性能和所使用的气体可以在料源处控制气流的流速。在气流的流速范围内可以充分地处理熔体。
用于将风嘴组件固定在熔埚壁31之内的构件的特性不是关键的，但是优选设计该固定件以便容易地拆卸和更换风嘴组件。附图2描述了一种方案，在该方案中可以进行如下设计。
通常通过将最后一批熔体从熔埚中浇铸到一个或多个模具中，然后通过关闭电源和气流使大量的熔体或全部的熔体在熔埚中固化从而结束熔铸生产周期中的最后一个间歇过程。如果孔12在陶瓷材料表面之下，那么该作法通常堵塞孔12。正如下面所描述的一样，另一种作法是在生产周期之间保持气流流动同时使窑炉空转。
如果输送管11的孔12被堵塞，那么在下一个生产周期开始之前，在拆除紧固件18之后可以通过转动风嘴法兰16而旋转插入管道13。这通常导致输送管11在焊接接点14处与插入管道13断开，特别是如果输送管11是由不锈钢微管制成的。然后可以从熔埚中取出插入管道13和任何残余的输送管11。插入管道13和其余的被取出构件可以根据需要再处理和重新使用。
优选地通过首先从熔埚壁31上拆除熔埚管道19和相连的熔埚法法兰15来挖出从熔埚壁31中所产生的孔通向渣皮34的通道。如果至少部分环绕着插入管道13和输送管11的渣皮或熔埚内衬是由碎耐火砖构成的，那么这是相当容易的。在生产周期中，这种内衬不会熔化，所以插入管道13和输送管11的通道基本上从一个生产周期保留到下一个生产周期。可以有效地采用水冷却的、选择性地具有金刚石头的钻挖出耐火材料的渣皮。如果来自前一周期的渣皮一直是热的，那么在与该渣皮接触时冷却水将蒸发掉。
然后可以插入新的带有输送管11的插入管道13，将耐火材料加入熔埚中，打开电源，等等。当然，如果输送管11没有被来自前一周期的固化炉料堵塞，那么风嘴组件可以保留在原位并被重新使用。如果风嘴包括耐熔金属材料，特别是当输送管11投影在渣皮34之上时，可以是这种情况。
现在参照附图3和4，附图3和4表示在窑炉30中进行的一般熔铸耐火材料间歇生产方法中本发明的应用。该窑炉配备有凸缘33，但是不要求完全遮盖。这种类型的窑炉是本领域技术人员已知的，在这里为了清楚起见省去了该窑炉的各种不同的部件例如熔埚的冷却装置、电极32的悬挂装置，等等。电源一般是三相交流电，具有三个电极，在附图3和4中一个电极在另一个电极的后面因而无法看到。优选地，电极是各自独立悬挂的，可以自动地控制它们对于熔体表面36的纵向位置以保持相位间的电流稳定。
假如至少一个气体输送管11的孔12在所制备的熔体表面的下方，那么设计窑炉30以使风嘴可以在任何位置进入熔埚壁31。正如附图3和4所表示的一样，优选使风嘴组件10位于熔埚31的底部或其附近。也就是说，如附图2所示，风嘴组件10的气体输送管11和插入管道1 3在熔埚的底部穿过熔埚壁31和渣皮34。然而，应该知道也可以通过熔埚的侧壁或顶部，通过熔埚的盖子(如果存在)插入风嘴，并且这样固定气体料孔12。
当风嘴组件10就位并且窑炉30垂直时，正如附图3所示，通过开始将改性气体输入列渣皮34上方的熔埚空间从而开始生产周期的第一个间歇过程，激发电极32以产生电弧，并在熔埚中加入所希望的陶瓷材料，虽然在加入陶瓷粉末之后，可以进行最先二个步骤中的一个或另一个或这二者。在熔埚中的炉料被熔化，在整个熔化过程中和在该熔化过程之后，保持气体流入熔体35中，从而使用气体搅拌和处理熔体35。在该方法中，引入的气流在熔体中产生翻滚/搅拌的效果，其被示意性地描述在附图3和4中。
在熔埚中的炉料被如此熔化之后，正如附图4所示的一样倾斜熔埚，所使用的装置在这里没有示出，这样熔体35进入放液孔37并从喷嘴38流入模具或其它的具有所希望的尺寸和形状的成型部件中(未示出)。在整个工艺过程中，基本上保持气流通过风嘴组件10；电极32的电力根据需要可以保持连通或可以断开。在完成浇铸后，使熔埚恢复垂直，并且继续使用气体处理熔埚中残余的任何熔体。在熔埚中加入另外的耐火材料以开始生产周期的下一个间歇过程，虽然生产周期可以只包括一个间歇过程。这些工艺过程在所希望的为完成生产周期的间歇过程中可以被重复，气体流过风嘴组件10，优选在整个周期中保持电源连通。在生产周期结束时，气体和电源可以被关闭，或可以通过降低电压使窑炉空转，但是在风嘴的周围保持少量的液体池和选择性地继续气体的流动以便在周期之间保持气体注入。
工业实用性在下面的实施例中更详细的描述本发明的实施，实施例1是使用本发明的方法进行的制备氧化铝/氧化锆/氧化硅耐火制品的二个生产周期，通过更换风嘴在周期之间保持气体的注入。由上述讨论可以看到，如果希望，可以采用其它的手段保持周期之间的气体注入。实施例2和3表示制备相同耐火制品的生产周期，但是使用现有技术中的方法和设备。
三个实施例的结果列于表I～IV，其包括从每个生产周期的各个间歇过程中得到的数据。表I和II表示熔体温度和组成的均匀性的比较，而表III和IV分别比较熔铸耐火制品的氧化水平和熔析倾向。
在表I中出现的熔体温度是使用高温计对准浇入模具的熔体料流测定的；在两个间歇过程之间以及在给定的间歇过程的浇铸期间，相对高的、特别是均匀的熔体温度是所希望的。
在每个生产周期中的几个间歇浇铸期间得到的单个试验锥体的氧化锆含量列于表II中，在每种情况下，锥体的氧化锆含量通过本领域技术人员熟悉的方法测定。希望在生产周期中锥体中氧化锆的含量是均匀的。
在表III中所列的数据是每个生产周期中的几个间歇浇铸期间得到的试样锥体中陶瓷材料的氧化状况的测试结果。将该锥体的颜色与一系列从等级为“1”的灰色(未氧化)至等级为“10”的乳白色(完全氧化)的标准着色锥体进行对比。所示的等级是在给定生产周期中从浇铸中得到的等级的平均值。在该试验中希望较高的等级数目。
使用标准方法即ASTM C1223-92得到表IV中所列的熔析等级。该方法测定由玻璃相的熔析造成的标准试样的体积提高的百分比。在该试验中，希望较小的等级数目。
实施例1根据本发明的生产周期采用熔铸窑炉，该窑炉包括配有放液孔和浇铸喷嘴的直径为3.05m(10英尺)的顶部敞开式熔埚，此熔埚配有熔埚冷却和倾斜装置和由常规的电弧炉变压器驱动的三个石墨电极的悬挂装置，这三个电极是独立悬挂的，自动地控制它们的纵向位置以保持相位间的电流恒定。熔埚包括一个新鲜的如附图1～4所示的不锈钢风嘴。将氧气源连接到风嘴组件上，氧气以3.54×10-2m3/min的流速(1.25SCFM)开始流过风嘴，并且在整个生产周期中保持该流速。
下一步，在熔埚中填充由氧化铝、氧化锆和氧化硅组成的陶瓷材料。然后打开电源，熔化陶瓷材料。在大约一小时之后，进行第一次浇铸，同时在浇铸期间保持电源连通；在熔埚中重新装入陶瓷材料，熔化，浇铸，等等。在该周期中，进行“电源连通”浇铸和每隔一小时开始新的间歇过程。在5天的周期结束时，关闭电源和氧气，使熔体在熔埚中固化为渣皮。
在所说周期终止之后两天，使用扳手轻轻地转动插入管道13，通过熔埚壁的孔从熔埚中除去用过的风嘴部件。然后通过熔埚的孔连接风钻，并钻出完全穿过渣皮的敞开通道。如附图所示，将所希望长度和直径的新风嘴插入熔埚壁的孔中并固定。
使用氧化铝、氧化硅和氧化锆陶瓷材料填充熔埚开始下一个生产周期。打开电源以激发电弧，熔化陶瓷材料；将熔体浇铸入模具中，重新填充熔埚等，直至完成该生产周期。
实施例2使用水冷却喷枪的生产周期使用同实施例1中描述的窑炉一样的熔铸窑炉，但是熔埚没有配备注入氧气的风嘴组件，而是配有可浸入水中的水冷却铜喷枪，该喷枪可以从熔埚的顶部插入熔体中。使用与实施例1中相同的填充材料填充该窑炉，类似地熔化该陶瓷材料并浇铸，重新填充陶瓷材料等，其中每个间歇过程持续一小时。然而，在该实施例中，在每个熔化循环结束时，关闭电源，然后才将喷枪插入熔体中，通过该喷枪以4.25×10-1m3/min的流速(15SCFM)将氧气注入熔体中，持续约4分钟。在取出喷枪之后，允许熔体脱气2～3分钟，然后浇铸。实施例3没有氧化处理的生产周期使用在实施例1和2中描述的窑炉，使用相同的陶瓷材料和数量，在该周期中间歇过程的循环时间为一小时。然而，在该实施例中，熔体没有被氧化，在电源断开时进行浇铸。
表I在一个间歇过程A中测定的熔体温度熔铸熔体温度(℃)顺序实施例1实施例2 实施例31 1859 178918392 1851 176218173 1850 174417914 1857 17511800平均值1854 17621812最大差值 9 45 48表II二氧化锆的含量参数 实施例1实施例2实施例3试样序号8 6 8ZrO2的平均重量％ 34.6 34.1 34.2ZrO2的最高重量％ 34.9 34.4 34.6ZrO2的最低重量％ 34.3 33.6 33.8标准偏差0.19 0.27 0.42ZrO2的最终重量％a 35.4 - 42.8ba-在生产周期中最后一次浇铸的ZrO2含量。b-在未搅拌的熔体中由于下沉的加剧而导致的高含量表III耐火制品的氧化等级实施例1实施例2实施例310 8.3 8.0
表IV耐火制品的熔析等级实施例1实施例2实施例31.92％ 2.25％ 2.34％虽然已经参照实施方案描述了本发明，但是本发明并不限于这些实施方案，而本发明的范围是通过下面的权利要求来限定的。
权利要求
1.一种制备熔铸耐火制品的方法，所述的方法包括至少二个生产周期，每个生产周期包括至少进行一次的间歇式过程，所述的间歇式过程包括步骤(1)使用陶瓷材料填充电弧炉的有壁熔埚，(2)通过激发电弧熔化该陶瓷材料，(3)使用改性气体处理熔化的陶瓷材料，和(4)将被处理的陶瓷材料浇铸入一个或多个模具中，通过使大量的熔体固化在熔埚中来中断每个周期，其改进之处包括在整个生产周期中以基本上连续的方式通过至少一个插入熔体表面下方的风嘴将改性气体注入熔体表面的下方并在周期之间保持气体的注入。
2.根据权利要求1的方法，其中通过关闭电弧的电源终止生产周期，通过从熔埚中除去至少一个先前用过的风嘴并使用新风嘴代替它来保持周期之间的气体注入。
3.根据权利要求2的方法，其中通过挖出至少部分熔埚中的容纳物来除去至少一个先前用过的风嘴。
4.根据权利要求3的方法，其中使用插入熔埚壁的水冷却钻挖出部分熔埚容纳物。
5.根据权利要求4的方法，其中部分风嘴部件可移动地固定在熔埚壁的外侧，从而使熔埚容纳物的挖出更为便利。
6.根据权利要求1的方法，其中通过使窑炉空转来保持周期之间气体的注入。
7.根据权利要求1的方法，其中通过使用至少一个风嘴来保持周期之间气体的注入，该风嘴包括选自铱、钼、铌、锇、铼、钽、钨和它们的混合物的耐火金属。
8.根据权利要求1的方法，其中改性气体包括氧化气体。
9.根据权利要求8的方法，其中氧化气体选自氧气、空气、一氧化二氮、二氧化碳和它们的混合物。
10.根据权利要求9的方法，其中氧化气体包括氧气。
11.根据权利要求1的方法，其中至少一个风嘴是含有不锈钢的。
12.根据权利要求1的方法，其中至少一个风嘴通过熔埚的壁插入，其插入距离应该足以穿过任何覆盖在熔埚里面的固化的耐火材料残余物。
13.根据权利要求1的方法，其中使用穿过熔埚壁的单个风嘴。
14.根据权利要求13的方法，其中风嘴插入熔埚中以便将气体输送到电极投影三角中。
15.根据权利要求1的方法，其中改进进一步包括在至少一个生产周期的至少一次间歇过程中持续地激发电弧。
16.根据权利要求1的方法，其中至少一个风嘴不带任何冷却装置的。
17.根据权利要求1的方法，其中陶瓷材料选自氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化铬、氧化镁、碱金属氧化物、铬矿、锆英石和它们的混合物。
18.根据权利要求16的方法，其中陶瓷材料包括氧化铝、氧化锆和氧化硅的混合物。
19.一种制备熔铸耐火制品的方法，该方法包括(1)提供一电弧炉，其包括用于容纳陶瓷材料的有壁熔埚，用于在陶瓷材料表面附近产生电弧的电极装置，用于激发电弧熔化陶瓷材料的装置，插入熔埚中用于将改性气体注入熔体表面下方的风嘴和用于将熔体浇铸入模具的装置；(2)通过下列步骤完成生产周期(a)用陶瓷材料填充熔埚；(b)激发电弧并熔化该陶瓷材料；(c)以基本上连续的方式将改性气体注入熔体表面的下方；(d)将熔化的陶瓷材料浇铸入一个或多个模具中；(e)如果需要，重复步骤(a)-(d)以完成生产周期；(3)提供一种装置，用于在周期之间保持气体的连续注入；和(4)重复步骤(2)至少一次。
20.一种制备包括氧化铝、氧化锆和氧化硅陶瓷材料的熔铸耐火制品的方法，该方法包括(1)提供一电弧炉，其包括用于容纳陶瓷材料的有壁熔埚，用于在陶瓷材料表面附近产生电弧的电极装置，用于激发电弧熔化陶瓷材料的装置，包括插入熔埚中用于将氧气注入熔体表面下方并在电极投影三角之内的单个不用冷却的不锈钢风嘴的风嘴组件，部分风嘴组件可移动地固定在熔埚壁的外侧，以及用于将熔体浇铸入模具的装置；(2)通过下列步骤完成生产周期(a)用陶瓷材料填充熔埚；(b)在生产周期期间连续地激发电弧并熔化该陶瓷材料；(c)使用风嘴以基本上连续的方式将氧气注入熔体表面的下方；(d)将熔体注入一个或多个模具中；(e)如果需要，重复步骤(a)-(d)以完成生产周期；和(f)通过关闭电弧的电源以终止该周期；(3)通过从熔埚壁拆卸去风嘴组件的可移动的部分来更换用过的风嘴；使用插入熔埚壁的水冷却钻挖出部分熔埚的容纳物，在穿过渣皮的风嘴之处沿着直线取出用过的风嘴和熔埚中的任何固化陶瓷材料，插入新的风嘴，并重新安装上拆卸下的风嘴组件部分；(4)重复步骤(2)至少一次；(5)在每次可重复的步骤(2)之后重复步骤(3)。
全文摘要
在制备熔铸耐火制品的过程中有效地使用改性气体处理窑炉(30)中制得的熔体(35),该气体是在整个生产周期中以基本上连续的方式通过延伸到熔体(35)表面下方的风嘴(10)注入的,并且在周期之间保持气体的注入。
文档编号F27B3/10GK1184460SQ96193934
公开日1998年6月10日 申请日期1996年4月25日 优先权日1995年5月16日
发明者约瑟夫·D·加格尔, 威廉·帕里西, 迪安·M·托马斯 申请人:莫诺弗拉克斯公司