專利名稱：熔鑄α-βAl的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熔鑄耐火材料制造工藝領域，采用本發(fā)明工藝技術制造的熔鑄α-βAl2O3耐火材料是建材、輕工、電子、醫(yī)藥等玻璃熔窯冷卻池壁、鋪底、流道、流槽等部位不可缺少的高檔配套筑爐材料。
熔鑄α-βAl2O3耐火材料是以工業(yè)氧化鋁(α-Al2O3、γ-Al2O3或兩種晶型的原料按一定的比例混合)為主要原料，添加少量的工業(yè)純堿、石英砂組成配合料，經(jīng)三相電弧爐高溫熔融(2100-2300℃)形成均質(zhì)熔液，再將其澆鑄預定的模型中，經(jīng)過合理退火而成的耐火制品。由于α-βAl2O3制品中熔鑄α-Al2O3熱膨脹系數(shù)大(α=7.2×10-620～1000℃)，料液結晶溫度范圍窄(100～150℃)，且制品本身含有極少的玻璃相，加之因鑄件幾何形狀不同，澆鑄后各面熱容量及散熱速率不同，澆鑄后的鑄件存在著較大的內(nèi)部結構應力和幾何溫差應力。在冷卻降溫過程中，鑄件從1950℃左右的高溫降至100℃以下的任何溫度區(qū)間，當其應力、應變值超過當時鑄件形成的強度極限值時，就會開裂而造成廢品。因此，在熔鑄α-βAl2O3耐火材料整個制造過程中，消除應力的合理退火工藝是保證鑄件質(zhì)量及合格率的技術關鍵。本發(fā)明采用特殊的保溫退火工藝措施，制得了內(nèi)在質(zhì)量超過我國JC494-92標準要求，合格率達80％以上的熔鑄α-βAl2O3耐火材料制品。
本發(fā)明前，世界上有3個國家的四個公司可以批量生產(chǎn)該種熔鑄制品，它們是法國的SEPR公司、美國的卡布蘭丹姆公司、日本的東芝公司及旭銷子公司，據(jù)日本《耐火物》1993年第七期熊倉重博撰文“熔鑄α-βAl2O3耐火材料結晶和物性”中介紹，“氧化鋁系熔鑄材料用石墨作鑄模，為防止鑄件由于溫度急變產(chǎn)生龜裂，澆鑄脫模后即放入保溫材料中緩慢冷卻至常溫”。后據(jù)旭銷子公司來華技術座談時介紹，保溫材料為工業(yè)氧化鋁粉。該種工藝方法所用的石墨模具需根據(jù)磚型不同進行較復雜的機械加工，且價格昂貴。澆鑄后須將石墨模具剝離后在高溫裸露狀態(tài)下放入工業(yè)氧化鋁介質(zhì)中冷卻降溫，對操作過程的機械化程度要求高，且存在著環(huán)境高溫，氧化鋁粉易飛揚等缺點。
國內(nèi)通過中國建筑材料科學研究院科技攻關，研制成功了電爐強制退火的工藝方法，即將鑄件脫模后立即放入電爐內(nèi)人為地在外界補給熱量，使鑄件的冷卻降溫在電爐中按照規(guī)定的曲線進行，可以制得不開裂的完整鑄件，批量產(chǎn)品已投放國內(nèi)外部分玻璃熔窯實際使用，但該種工藝方法存在著高溫鑄件入爐時剝模及裝載碼放操作條件較艱苦，消耗電能等弱點。
本發(fā)明可以克服上述工藝方法存在的工藝較復雜，制造成本高，操作條件較差，消耗電能等弱點。
本發(fā)明的目的在于利用鑄件自身的熱量，采取特殊措施而形成一種滿足熔鑄c-βAl2O3制品冷卻降溫工藝要求，又可以與任何噸位熔化設備相匹配規(guī)模化生產(chǎn)的工藝技術。其制造成本低，操作環(huán)境改善，節(jié)約能源，產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量滿足超過我國JC494-92產(chǎn)品質(zhì)量標準，合格率達到80％以上的特殊保溫退火生產(chǎn)工藝技術及其裝置。
附圖
一為生產(chǎn)熔鑄α-βAl2O3耐火材料的工藝流程圖。
附圖二為本發(fā)明所述生產(chǎn)α-βAl2O3磚的保溫退火裝置。
如附圖一所示，該保溫退火裝置由蓋板1、外殼2、鑄口3、側壁保溫介質(zhì)4、鑄件5、鑄模6、介質(zhì)板7、保溫內(nèi)腔8、活動出料口9、底部保溫介質(zhì)10、墊板11等構成。其中，外殼2(A3鋼板、角鋼等，其具體性能要求見第10頁4款)上蓋有蓋板1(輕質(zhì)板狀或纖維氈類保溫材料，其具體性能要求見第9頁(3)款)，外殼2內(nèi)襯有側壁保溫介質(zhì)4(輕質(zhì)板狀或纖維氈類保溫材料或不定形球狀保溫介質(zhì)等，其具體要求見第9頁(2)、(3)款)，與之相連接的為保溫內(nèi)腔8(內(nèi)填不定形保溫介質(zhì)等，其具體要求見第9頁(2)款)，保溫空腔底部墊有底部保溫介質(zhì)10(輕質(zhì)板狀或纖維氈類保溫材料，其具體性能要求見第9頁(3)款)，外殼底部設置活動出料閥門，圖中鑄模6(鎂砂模或剛玉砂模其具體性能要求見第7頁1款)上部設有鑄口3，將整個鑄模6置于保溫內(nèi)腔8中，鑄模的四壁及底部加一層介質(zhì)板7(定形塊狀保溫介質(zhì)或不定形球狀保溫介質(zhì)等，其具體要求見第9頁(1)、(2)款)，底部設有墊板11(定形塊狀保溫介質(zhì)或不定形球狀保溫介質(zhì)等，其具體要求見第9頁(1)、(2)款)。
本發(fā)明所述裝置內(nèi)可由1個或1個以上的鑄模6組合構成，可生產(chǎn)若干塊磚。
本發(fā)明所述工藝流程關鍵環(huán)節(jié)是按規(guī)定制作鑄模，并根據(jù)磚幾何尺寸不同，利用均衡散熱原理優(yōu)化鑄型組合裝箱，根據(jù)所需保溫介質(zhì)厚度不同使用不同結構的保溫箱，根據(jù)不同磚型需要采用單一或多層保溫介質(zhì)組合。此外，對于鑄件底部應考慮快速散熱的保溫措施。
本發(fā)明的主體是熔鑄α-βAl2O3耐火材料的保溫退火工藝方法。其技術方案的關鍵是采用非石墨鑄模，即用非金屬顆粒料形成合理級配，添加一定比例的粘接劑(如水玻璃、其他無機膠凝物質(zhì)或有機物作為結合劑)，制作耐高溫且導熱性能良好的組合或整體鑄模；采用多層復合保溫材料作為保溫介質(zhì)；澆鑄前將鑄模及保溫介質(zhì)按規(guī)定要求在鐵質(zhì)(皮)保溫箱中組裝帶箱澆鑄，澆鑄后不脫模，保溫退火冷卻至常溫。
本發(fā)明技術方案的要點及有關參數(shù)如下1鑄模材料及其要求a石英砂?！黝w粒度20～80目△化學成份SiO2含量≥98.5％
△鑄模板或整體模壁厚20～40mmb石英砂-剛玉砂復合鑄模△顆粒度石英砂20～40目剛玉砂20～40目△化學成份石英砂SiO2含量≥98.5％剛玉砂Al2O3含量≥99.0％△鑄模板或整體模壁厚20～40mm其中，剛玉砂5～15mm，石英砂15～25mm剛玉砂作為直接接觸澆鑄料液的內(nèi)層型體。
c剛玉砂或熔鑄Al2O3系列熟料鑄模△顆粒度10～80目△化學成份Al2O393～95％SiO2≤2.0％Na2O 3.50～4.30％△鑄模板或整體模壁厚15～40mmd鎂砂鑄模采用電熔或鍛燒鎂砂作為組合模板或整體鑄模。
△顆粒度20～40目或0～1mm統(tǒng)料△化學成份MgO含量≥94.0％
△鑄模板或整體模壁厚15～40mm2結合劑a水玻璃(Na2OnSiO2)模數(shù)2.6～2.8 比重1.3～1.5 加入量5.5～15％b磷酸鋁(AlPO3)比重1.3～1.5 PH0.8～1.0 加入量5.5～15％C有機結合劑熱固酚醛樹脂密度1.20～1.24g/cm3粘度45～90pas加入量5.5～15％3保溫介質(zhì)材料及其要求本發(fā)明技術關鍵除了選擇最佳鑄模材料外，最為重要的在于選擇和采用合理的保溫介質(zhì)，根據(jù)工藝需要可以采用一種或多種保溫介質(zhì)復合的保溫結構組合形式。兩種方式都可以在保溫退火工藝上獲得成功。其保溫介質(zhì)應具備以下特性a耐高溫b低導熱率c應易于組裝，盡可能重復循環(huán)使用。
d不污染環(huán)境，符合環(huán)保要求。
保溫介質(zhì)種類及技術參數(shù)(1)定型塊狀保溫介質(zhì)
采用輕質(zhì)剛玉磚、Al2O3空心球磚、輕質(zhì)高鋁磚、硅藻土保溫磚、硬質(zhì)硅酸鈣板等技術性能在以上要求范圍的輕質(zhì)保溫絕熱材料。
(2)不定形保溫介質(zhì)
采用Al2O3空心球、Al2O3-SiO2系空心球、蛭石、硅藻土、膨脹珍珠巖等技術性能在以上要求范圍的不定形保溫介質(zhì)。
(3)纖維或纖維氈類保溫介質(zhì)
4保溫退火箱體材料與結構保溫箱采用普通碳鋼板(厚度為3～8mm)作壁板，角鋼(15×15mm～45×45mm)作框架，其箱體結構大小尺寸應根據(jù)鑄件尺寸及所需保溫介質(zhì)厚度具體設計確定。通常鑄件四周所需保溫介質(zhì)厚度為100～400mm。
5鑄件在保溫箱中的放置方式玻璃熔窯中用熔鑄α-βAl2O3耐火材料，根據(jù)其使用部位不同，磚型尺寸有較大差別。由于磚材幾何形狀不同，其不同磚型或同一磚型不同表面蓄熱不同，散熱速率也大不一樣。因此，應充分考慮磚型幾何形狀特點，根據(jù)均衡散熱原理設計同一保溫箱中鑄件的間隔距離與擺放位置，可以一箱放一個鑄件，也可以一箱放多個鑄件，要根據(jù)計算進行合理設計。
下面結合實例進一步說明本發(fā)明磚型尺寸200×400×450mm(高×寬×長)鑄模熔鑄Al2O3系列熟料組合型板顆粒度80目結合劑水玻璃(Na2O.nSiO2)模數(shù)2.8 比重1.4 加入量8％△保溫介質(zhì)Al2O3-SiO2系空心球-硬質(zhì)硅酸鈣板復合保溫介質(zhì)厚度端面150mm 側面180mm最外層四周采用硬質(zhì)硅酸鈣板厚度50mm△排列方法四塊鑄件在保溫箱中呈井字型緊密排列。
△保溫箱體材料A3鋼板δ=5mm框架角鋼 25×25mm箱體尺寸1500×1800mm(長×寬)操作步驟先將規(guī)定顆粒的熔鑄Al2O3熟料與規(guī)定比例的水玻璃在混合機攪拌均勻，在模型里充填該混合料，用振搗方式制成規(guī)定尺寸的組合模板，將組合模板送至遠紅外干燥窯，在150～250℃溫度條件下干燥2.5～3小時，即成為符合工藝要求的組合鑄模板。
根據(jù)鑄件幾何形狀不同，考慮均衡散熱及熱量互補等因素，確定鑄件在保溫箱中擺放方式，將組合模板按預先設計要求，在保溫箱中組裝及擺放，保溫箱底部考慮減薄保溫層及一定厚度的石英砂型板(40～50mm)鋪墊，以便快速、均勻散熱。組合鑄模板在保溫箱中組裝完畢后，四周放置硬質(zhì)硅酸鈣板，然后添加Al2O3-SiO2系空心球保溫介質(zhì)，組裝完的保溫箱用吊車或軌道式澆鑄車送至三相電弧爐前進行澆鑄。澆鑄完畢鑄件不挑澆鑄冒口，按要求添加Al2O3-SiO2系空心球再覆蓋硬質(zhì)硅酸鈣板。放置在規(guī)定場地冷卻降至常溫。
本發(fā)明具有下述優(yōu)點1可以與任何噸位的三相電弧爐匹配形成規(guī)模生產(chǎn)。
2形成的保溫退火工藝及技術適合幾乎所有熔鑄α-βAl2O3耐火制品鑄件的退火，可以制得內(nèi)在質(zhì)量滿足大型浮法玻璃窯、顯像管玻璃熔窯、高檔輕工包裝玻璃熔窯、儀器、醫(yī)藥玻璃熔窯的關鍵部位筑爐用材。制品外觀無裂紋或裂紋在標準允許范圍之內(nèi)，生產(chǎn)合格率可達80％以上。
3所采用的鑄模材料、保溫介質(zhì)、特殊箱體結構及鑄件擺放方式所形成的保溫退火工藝，具有工藝簡便、制造成本低廉、操作環(huán)境及條件好、環(huán)境污染小、節(jié)約能源等特點。
4采用帶箱澆鑄、無機非金屬顆?；驂K材料，可以方便地實現(xiàn)機械化流水作業(yè)。
權利要求
1.一種熔鑄α-βAl2O3耐火材料的保溫退火生產(chǎn)工藝技術，其特征在于澆鑄前，將鑄模及保溫介質(zhì)在保溫箱中組裝，然后帶箱澆鑄，澆鑄后不脫模，不用另外加熱，保溫退火，冷卻至常溫。
2.一種用于權利要求1所述保溫退火生產(chǎn)工藝的保溫退火裝置，其特征在于所述裝置由蓋板1、外殼2、鑄口3、側壁保溫介質(zhì)4、鑄模6、介質(zhì)板7、保溫內(nèi)腔8、活動出料口9、底部保溫介質(zhì)10、墊板11構成，其中外殼2上蓋有蓋板1，外殼2內(nèi)壁襯有側壁保溫介質(zhì)4，外殼2底部的內(nèi)側襯有底部保溫介質(zhì)10，蓋板1和側壁保溫介質(zhì)4及底部保溫介質(zhì)10所包容的空間為保溫內(nèi)腔8，保溫內(nèi)腔8內(nèi)填充有板狀或不定形保溫介質(zhì)，鑄模6位于保溫內(nèi)腔8內(nèi)，且處于保溫內(nèi)腔8內(nèi)填充的保溫介質(zhì)的包容之中，鑄模6的外表復合有介質(zhì)板7，鑄模6的頂部開有鑄口3，介質(zhì)板7的下部襯有墊板11，外殼2的底部開有活動出料口9所述外殼2由碳鋼板及15×15mm-45×45mm的角鋼構成所述的蓋板1為導熱系數(shù)0.058w/m℃、體積密度＜170kg/m3、最高使用溫度≥1000℃的硬質(zhì)硅酸鈣板或導熱系數(shù)0.090w/m℃、堆積密度0.13-0.25kg/cm3、最高使用溫度≥1000℃的硅酸鋁纖維氈；所述側壁保溫介質(zhì)4可與蓋板1的材質(zhì)相同或導熱系數(shù)為0.135w/m℃、密度為0.55g/cm3、耐火度≥1700℃的SiO2-Al2O3空心球所述介質(zhì)板7是導熱系數(shù)為0.58-0.64w/m℃、體積密度為0.8-1.35g/cm3、最高使用溫度≥1750℃的輕質(zhì)剛玉磚或導熱系數(shù)0.78/m℃、體積密度1.18g/cm3、最高使用溫度≥1700℃Al2O3空心球磚，也可以是導熱系數(shù)為0.135w/m℃、密度為0.55g/cm3、耐火度≥1700℃的SiO2-Al2O3空心球；所述保溫內(nèi)腔8內(nèi)填充的不定形球狀保溫介質(zhì)為導熱系數(shù)為O.135w/m℃、密度為0.55g/cm3、耐火度≥1700℃的SiO2-Al2O3空心球；所述底部保溫介質(zhì)10與蓋板1的材質(zhì)相同；所述墊板11是導熱系數(shù)為0.58-0.64w/m℃、體積密度為0.8-1.35g/cm3、最高使用溫度≥1750℃的輕質(zhì)剛玉磚或導熱系數(shù)0.78/m℃、體積密度1.18g/cm3、最高使用溫度≥1700℃Al2O3空心球磚，也可以是導熱系數(shù)為O.135w/m℃、密度為0.55g/cm3、耐火度≥1700℃的SiO2-Al2O3空心球；所述保溫內(nèi)腔8中的鑄模6可為1個或1個以上的排列組合。保溫退火裝置的模型材料可用鎂砂、剛玉砂、石英砂或上述各種材料的復合模型，粘結劑有水玻璃、磷酸鋁、有機粘結劑等。
3.根據(jù)權利要求2的保溫退火裝置，其特征在于所述的鑄模6為石英砂-剛玉砂復合鑄模，其中石英砂的顆粒度為20-80目，剛玉砂的顆粒度為20-40目，石英砂中SiO2的含量≥98.5％，剛玉砂中Al2O3的含量≥99.0％，鑄模板或整體模壁厚20-40mm，所用結合劑為水玻璃，模數(shù)為2.6-2.8，比重1.3-1.5g/cm3，加入量5.5-15.0％。
4.根據(jù)權利要求2的保溫退火裝置，其特征在于所述的鑄模6為Al2O3系列熟料鑄模，其顆粒度為10-80目，SiO2的含量≤2.0％,Al2O3的含量為93-95％,Na2O為3.3-4.3％，鑄模板或整體模壁厚15-40mm，所用結合劑為水玻璃，模數(shù)為2.6-2.8，比重1.3-1.5，加入量5.0-15.0％。
5.根據(jù)權利要求2的保溫退火裝置，其特征在于所述的鑄模6為鎂砂鑄模，采用電熔或煅燒鎂砂作為組合模板或整體鑄模，所用鎂砂的顆粒為20-40目或0-1mm統(tǒng)料，鎂砂中MgO的含量≥94.0％，鑄模板或整體模壁厚20-40mm，所用結合劑為水玻璃，模數(shù)為2.6-2.8，比重1.3-1.5，加入量5.0-15.0％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)熔鑄α－βAl
文檔編號C04B35/10GK1210837SQ9810349
公開日1999年3月17日 申請日期1998年8月6日 優(yōu)先權日1998年8月6日
發(fā)明者龔方田, 張曉波, 馮中起, 廖教章, 王志武, 沈鋼, 成潔, 李慶元, 毛利民 申請人:中國建筑材料科學研究院