专利名称：熔铸α-βAl的制作方法
技术领域：
本发明涉及熔铸耐火材料制造工艺领域，采用本发明工艺技术制造的熔铸α-βAl2O3耐火材料是建材、轻工、电子、医药等玻璃熔窑冷却池壁、铺底、流道、流槽等部位不可缺少的高档配套筑炉材料。
熔铸α-βAl2O3耐火材料是以工业氧化铝(α-Al2O3、γ-Al2O3或两种晶型的原料按一定的比例混合)为主要原料，添加少量的工业纯碱、石英砂组成配合料，经三相电弧炉高温熔融(2100-2300℃)形成均质熔液，再将其浇铸预定的模型中，经过合理退火而成的耐火制品。由于α-βAl2O3制品中熔铸α-Al2O3热膨胀系数大(α=7.2×10-620～1000℃)，料液结晶温度范围窄(100～150℃)，且制品本身含有极少的玻璃相，加之因铸件几何形状不同，浇铸后各面热容量及散热速率不同，浇铸后的铸件存在着较大的内部结构应力和几何温差应力。在冷却降温过程中，铸件从1950℃左右的高温降至100℃以下的任何温度区间，当其应力、应变值超过当时铸件形成的强度极限值时，就会开裂而造成废品。因此，在熔铸α-βAl2O3耐火材料整个制造过程中，消除应力的合理退火工艺是保证铸件质量及合格率的技术关键。本发明采用特殊的保温退火工艺措施，制得了内在质量超过我国JC494-92标准要求，合格率达80％以上的熔铸α-βAl2O3耐火材料制品。
本发明前，世界上有3个国家的四个公司可以批量生产该种熔铸制品，它们是法国的SEPR公司、美国的卡布兰丹姆公司、日本的东芝公司及旭销子公司，据日本《耐火物》1993年第七期熊仓重博撰文“熔铸α-βAl2O3耐火材料结晶和物性”中介绍，“氧化铝系熔铸材料用石墨作铸模，为防止铸件由于温度急变产生龟裂，浇铸脱模后即放入保温材料中缓慢冷却至常温”。后据旭销子公司来华技术座谈时介绍，保温材料为工业氧化铝粉。该种工艺方法所用的石墨模具需根据砖型不同进行较复杂的机械加工，且价格昂贵。浇铸后须将石墨模具剥离后在高温裸露状态下放入工业氧化铝介质中冷却降温，对操作过程的机械化程度要求高，且存在着环境高温，氧化铝粉易飞扬等缺点。
国内通过中国建筑材料科学研究院科技攻关，研制成功了电炉强制退火的工艺方法，即将铸件脱模后立即放入电炉内人为地在外界补给热量，使铸件的冷却降温在电炉中按照规定的曲线进行，可以制得不开裂的完整铸件，批量产品已投放国内外部分玻璃熔窑实际使用，但该种工艺方法存在着高温铸件入炉时剥模及装载码放操作条件较艰苦，消耗电能等弱点。
本发明可以克服上述工艺方法存在的工艺较复杂，制造成本高，操作条件较差，消耗电能等弱点。
本发明的目的在于利用铸件自身的热量，采取特殊措施而形成一种满足熔铸c-βAl2O3制品冷却降温工艺要求，又可以与任何吨位熔化设备相匹配规模化生产的工艺技术。其制造成本低，操作环境改善，节约能源，产品的内在质量满足超过我国JC494-92产品质量标准，合格率达到80％以上的特殊保温退火生产工艺技术及其装置。
附图
一为生产熔铸α-βAl2O3耐火材料的工艺流程图。
附图二为本发明所述生产α-βAl2O3砖的保温退火装置。
如附图一所示，该保温退火装置由盖板1、外壳2、铸口3、侧壁保温介质4、铸件5、铸模6、介质板7、保温内腔8、活动出料口9、底部保温介质10、垫板11等构成。其中，外壳2(A3钢板、角钢等，其具体性能要求见第10页4款)上盖有盖板1(轻质板状或纤维毡类保温材料，其具体性能要求见第9页(3)款)，外壳2内衬有侧壁保温介质4(轻质板状或纤维毡类保温材料或不定形球状保温介质等，其具体要求见第9页(2)、(3)款)，与之相连接的为保温内腔8(内填不定形保温介质等，其具体要求见第9页(2)款)，保温空腔底部垫有底部保温介质10(轻质板状或纤维毡类保温材料，其具体性能要求见第9页(3)款)，外壳底部设置活动出料阀门，图中铸模6(镁砂模或刚玉砂模其具体性能要求见第7页1款)上部设有铸口3，将整个铸模6置于保温内腔8中，铸模的四壁及底部加一层介质板7(定形块状保温介质或不定形球状保温介质等，其具体要求见第9页(1)、(2)款)，底部设有垫板11(定形块状保温介质或不定形球状保温介质等，其具体要求见第9页(1)、(2)款)。
本发明所述装置内可由1个或1个以上的铸模6组合构成，可生产若干块砖。
本发明所述工艺流程关键环节是按规定制作铸模，并根据砖几何尺寸不同，利用均衡散热原理优化铸型组合装箱，根据所需保温介质厚度不同使用不同结构的保温箱，根据不同砖型需要采用单一或多层保温介质组合。此外，对于铸件底部应考虑快速散热的保温措施。
本发明的主体是熔铸α-βAl2O3耐火材料的保温退火工艺方法。其技术方案的关键是采用非石墨铸模，即用非金属颗粒料形成合理级配，添加一定比例的粘接剂(如水玻璃、其他无机胶凝物质或有机物作为结合剂)，制作耐高温且导热性能良好的组合或整体铸模；采用多层复合保温材料作为保温介质；浇铸前将铸模及保温介质按规定要求在铁质(皮)保温箱中组装带箱浇铸，浇铸后不脱模，保温退火冷却至常温。
本发明技术方案的要点及有关参数如下1铸模材料及其要求a石英砂模△颗粒度20～80目△化学成份SiO2含量≥98.5％
△铸模板或整体模壁厚20～40mmb石英砂-刚玉砂复合铸模△颗粒度石英砂20～40目刚玉砂20～40目△化学成份石英砂SiO2含量≥98.5％刚玉砂Al2O3含量≥99.0％△铸模板或整体模壁厚20～40mm其中，刚玉砂5～15mm，石英砂15～25mm刚玉砂作为直接接触浇铸料液的内层型体。
c刚玉砂或熔铸Al2O3系列熟料铸模△颗粒度10～80目△化学成份Al2O393～95％SiO2≤2.0％Na2O 3.50～4.30％△铸模板或整体模壁厚15～40mmd镁砂铸模采用电熔或锻烧镁砂作为组合模板或整体铸模。
△颗粒度20～40目或0～1mm统料△化学成份MgO含量≥94.0％
△铸模板或整体模壁厚15～40mm2结合剂a水玻璃(Na2OnSiO2)模数2.6～2.8 比重1.3～1.5 加入量5.5～15％b磷酸铝(AlPO3)比重1.3～1.5 PH0.8～1.0 加入量5.5～15％C有机结合剂热固酚醛树脂密度1.20～1.24g/cm3粘度45～90pas加入量5.5～15％3保温介质材料及其要求本发明技术关键除了选择最佳铸模材料外，最为重要的在于选择和采用合理的保温介质，根据工艺需要可以采用一种或多种保温介质复合的保温结构组合形式。两种方式都可以在保温退火工艺上获得成功。其保温介质应具备以下特性a耐高温b低导热率c应易于组装，尽可能重复循环使用。
d不污染环境，符合环保要求。
保温介质种类及技术参数(1)定型块状保温介质
采用轻质刚玉砖、Al2O3空心球砖、轻质高铝砖、硅藻土保温砖、硬质硅酸钙板等技术性能在以上要求范围的轻质保温绝热材料。
(2)不定形保温介质
采用Al2O3空心球、Al2O3-SiO2系空心球、蛭石、硅藻土、膨胀珍珠岩等技术性能在以上要求范围的不定形保温介质。
(3)纤维或纤维毡类保温介质
4保温退火箱体材料与结构保温箱采用普通碳钢板(厚度为3～8mm)作壁板，角钢(15×15mm～45×45mm)作框架，其箱体结构大小尺寸应根据铸件尺寸及所需保温介质厚度具体设计确定。通常铸件四周所需保温介质厚度为100～400mm。
5铸件在保温箱中的放置方式玻璃熔窑中用熔铸α-βAl2O3耐火材料，根据其使用部位不同，砖型尺寸有较大差别。由于砖材几何形状不同，其不同砖型或同一砖型不同表面蓄热不同，散热速率也大不一样。因此，应充分考虑砖型几何形状特点，根据均衡散热原理设计同一保温箱中铸件的间隔距离与摆放位置，可以一箱放一个铸件，也可以一箱放多个铸件，要根据计算进行合理设计。
下面结合实例进一步说明本发明砖型尺寸200×400×450mm(高×宽×长)铸模熔铸Al2O3系列熟料组合型板颗粒度80目结合剂水玻璃(Na2O.nSiO2)模数2.8 比重1.4 加入量8％△保温介质Al2O3-SiO2系空心球-硬质硅酸钙板复合保温介质厚度端面150mm 侧面180mm最外层四周采用硬质硅酸钙板厚度50mm△排列方法四块铸件在保温箱中呈井字型紧密排列。
△保温箱体材料A3钢板δ=5mm框架角钢 25×25mm箱体尺寸1500×1800mm(长×宽)操作步骤先将规定颗粒的熔铸Al2O3熟料与规定比例的水玻璃在混合机搅拌均匀，在模型里充填该混合料，用振捣方式制成规定尺寸的组合模板，将组合模板送至远红外干燥窑，在150～250℃温度条件下干燥2.5～3小时，即成为符合工艺要求的组合铸模板。
根据铸件几何形状不同，考虑均衡散热及热量互补等因素，确定铸件在保温箱中摆放方式，将组合模板按预先设计要求，在保温箱中组装及摆放，保温箱底部考虑减薄保温层及一定厚度的石英砂型板(40～50mm)铺垫，以便快速、均匀散热。组合铸模板在保温箱中组装完毕后，四周放置硬质硅酸钙板，然后添加Al2O3-SiO2系空心球保温介质，组装完的保温箱用吊车或轨道式浇铸车送至三相电弧炉前进行浇铸。浇铸完毕铸件不挑浇铸冒口，按要求添加Al2O3-SiO2系空心球再覆盖硬质硅酸钙板。放置在规定场地冷却降至常温。
本发明具有下述优点1可以与任何吨位的三相电弧炉匹配形成规模生产。
2形成的保温退火工艺及技术适合几乎所有熔铸α-βAl2O3耐火制品铸件的退火，可以制得内在质量满足大型浮法玻璃窑、显像管玻璃熔窑、高档轻工包装玻璃熔窑、仪器、医药玻璃熔窑的关键部位筑炉用材。制品外观无裂纹或裂纹在标准允许范围之内，生产合格率可达80％以上。
3所采用的铸模材料、保温介质、特殊箱体结构及铸件摆放方式所形成的保温退火工艺，具有工艺简便、制造成本低廉、操作环境及条件好、环境污染小、节约能源等特点。
4采用带箱浇铸、无机非金属颗粒或块材料，可以方便地实现机械化流水作业。
权利要求
1.一种熔铸α-βAl2O3耐火材料的保温退火生产工艺技术，其特征在于浇铸前，将铸模及保温介质在保温箱中组装，然后带箱浇铸，浇铸后不脱模，不用另外加热，保温退火，冷却至常温。
2.一种用于权利要求1所述保温退火生产工艺的保温退火装置，其特征在于所述装置由盖板1、外壳2、铸口3、侧壁保温介质4、铸模6、介质板7、保温内腔8、活动出料口9、底部保温介质10、垫板11构成，其中外壳2上盖有盖板1，外壳2内壁衬有侧壁保温介质4，外壳2底部的内侧衬有底部保温介质10，盖板1和侧壁保温介质4及底部保温介质10所包容的空间为保温内腔8，保温内腔8内填充有板状或不定形保温介质，铸模6位于保温内腔8内，且处于保温内腔8内填充的保温介质的包容之中，铸模6的外表复合有介质板7，铸模6的顶部开有铸口3，介质板7的下部衬有垫板11，外壳2的底部开有活动出料口9所述外壳2由碳钢板及15×15mm-45×45mm的角钢构成所述的盖板1为导热系数0.058w/m℃、体积密度＜170kg/m3、最高使用温度≥1000℃的硬质硅酸钙板或导热系数0.090w/m℃、堆积密度0.13-0.25kg/cm3、最高使用温度≥1000℃的硅酸铝纤维毡；所述侧壁保温介质4可与盖板1的材质相同或导热系数为0.135w/m℃、密度为0.55g/cm3、耐火度≥1700℃的SiO2-Al2O3空心球所述介质板7是导热系数为0.58-0.64w/m℃、体积密度为0.8-1.35g/cm3、最高使用温度≥1750℃的轻质刚玉砖或导热系数0.78/m℃、体积密度1.18g/cm3、最高使用温度≥1700℃Al2O3空心球砖，也可以是导热系数为0.135w/m℃、密度为0.55g/cm3、耐火度≥1700℃的SiO2-Al2O3空心球；所述保温内腔8内填充的不定形球状保温介质为导热系数为O.135w/m℃、密度为0.55g/cm3、耐火度≥1700℃的SiO2-Al2O3空心球；所述底部保温介质10与盖板1的材质相同；所述垫板11是导热系数为0.58-0.64w/m℃、体积密度为0.8-1.35g/cm3、最高使用温度≥1750℃的轻质刚玉砖或导热系数0.78/m℃、体积密度1.18g/cm3、最高使用温度≥1700℃Al2O3空心球砖，也可以是导热系数为O.135w/m℃、密度为0.55g/cm3、耐火度≥1700℃的SiO2-Al2O3空心球；所述保温内腔8中的铸模6可为1个或1个以上的排列组合。保温退火装置的模型材料可用镁砂、刚玉砂、石英砂或上述各种材料的复合模型，粘结剂有水玻璃、磷酸铝、有机粘结剂等。
3.根据权利要求2的保温退火装置，其特征在于所述的铸模6为石英砂-刚玉砂复合铸模，其中石英砂的颗粒度为20-80目，刚玉砂的颗粒度为20-40目，石英砂中SiO2的含量≥98.5％，刚玉砂中Al2O3的含量≥99.0％，铸模板或整体模壁厚20-40mm，所用结合剂为水玻璃，模数为2.6-2.8，比重1.3-1.5g/cm3，加入量5.5-15.0％。
4.根据权利要求2的保温退火装置，其特征在于所述的铸模6为Al2O3系列熟料铸模，其颗粒度为10-80目，SiO2的含量≤2.0％,Al2O3的含量为93-95％,Na2O为3.3-4.3％，铸模板或整体模壁厚15-40mm，所用结合剂为水玻璃，模数为2.6-2.8，比重1.3-1.5，加入量5.0-15.0％。
5.根据权利要求2的保温退火装置，其特征在于所述的铸模6为镁砂铸模，采用电熔或煅烧镁砂作为组合模板或整体铸模，所用镁砂的颗粒为20-40目或0-1mm统料，镁砂中MgO的含量≥94.0％，铸模板或整体模壁厚20-40mm，所用结合剂为水玻璃，模数为2.6-2.8，比重1.3-1.5，加入量5.0-15.0％。
全文摘要
本发明涉及一种生产熔铸α－βAl
文档编号C04B35/10GK1210837SQ9810349
公开日1999年3月17日 申请日期1998年8月6日 优先权日1998年8月6日
发明者龚方田, 张晓波, 冯中起, 廖教章, 王志武, 沈钢, 成洁, 李庆元, 毛利民 申请人:中国建筑材料科学研究院