专利名称：熔铸α-β氧化铝筒形砖及其生产方法
技术领域：
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：
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 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。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。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勻 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
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 氧化铝筒形砖及其生产方法。本发明具有杂质含量少，内部为均勻的微孔状结构，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。本发明采用技术方案是研制一种熔铸α 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。研制一种熔铸α 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°C，浇铸速度180 200kg/min，冷却退火的降温速度0. 053 0. 060°C /kg *h，铸型采 用镁砂或本体熟料制作整体砂型。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彡93. 5%,Na2O ( 4. 0%, Si02+Ca0+Mg0 ( 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%。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 9000Α，从中空电极持续导通的氮气压力为0. 3 0. 8mpa。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。上述的浇铸成型工序中熔液的浇铸温度为1900 2000°C，浇铸速度180 200kg/min。上述的本体熟料或镁砂整体砂型中，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。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。上述的退火工序中采用硅铝空心球作保温介质；上述的退火工序的降温速度0. 053 0. 0600C /kg · h。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。上述的冷加工工序中采用金刚石研磨、切割机床加工制品。采用本发明工艺制造的熔铸α 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。
附图是本发明所述的熔铸α 氧化铝筒形砖结构示意图。
具体实施例方式实施例1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%。
制备工艺包括配料、混合、电炉熔融、冷却退火和冷加工。型砂用自控高速混合机混合均勻，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。电炉熔融混勻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。浇铸成型浇铸温度为1960°C，浇铸速度185kg/min。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。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. 0560C /kg · h。冷加工采用金刚石研磨、切割机床加工制品。本发明产品质量好，其理化性能数据如下1.化学成分(wt % ) =Al2O3 SiO2CaOMgO 卜
94. 4% 1. 34%0. 067%0.066%
2.物理性能筒形砖普通砖
显气孔率(％ )0. 741. 0
体积密度(g/cm3)3. 23. 3
气泡析出率(％ )00
常温耐压强度(mpa)170200
抗热震稳定性(130(TC，风冷次数)> 10彡7本发明产品(中空格孔160X 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
单位格子体的 受热面积(ra7m2)单位格子体中 格子砖的体积(m7m3)单位格子体横断面上 气体的流通断面(%)18. 10. 324_61.53实施例2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%。电炉熔融混勻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 6500Α，从中空电极持续导通的氮气压力为0. 6mpa。浇铸成型浇铸温度为2000°C，浇铸速度195kg/min。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。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. 0540C /kg · h。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1.化学成分(wt% ) :A1203 SiO2 CaOMgONa2O
5
94. 8% 1. 14% 0. 067% 0. 066%2.物理性能筒形砖普通砖显气孔率(％)0. 841.0体积密度(g/cm3)3. 233. 3气泡析出率)00常温耐压强度(mpa)178200抗热震稳定性(1300°C，风冷次数)>10^ 7
3. 50%
权利要求
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.—种生产权利要求1所述熔铸α 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 9000Α，氮气持续导通压力为0. 3 0. 8mpa，浇铸温度为1900-2000°C，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 0C /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。
全文摘要
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。
文档编号C04B35/107GK101891369SQ20101024275
公开日2010年11月24日 申请日期2010年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者何泽洪, 冯中起, 冯伟谦, 周章怀, 曾海军, 曾鲁举, 李庆元, 毛利民, 王文强 申请人:瑞泰科技股份有限公司