CN110563472A - 一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺 - Google Patents

一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺，包含0.72‑1.05wt％的Na2O+K2O、10.5‑15.0wt％Zr02、10.5‑15.0％SiO2、21.0‑23.0wt％TiO2，余量为Al2O3和部分不可避免杂质，本发明的有益效果是，通过在组成体系中引入适量的TiO2，使得ZrO2以及TiO2充分混合在一起，由于氧化钛与氧化锆的耐高温性能相近，而氧化钛的光洁度较氧化锆的光洁度提高很多，进而显著提高了制备的电熔锆刚玉砖的表面光洁程度，使玻璃熔液不易粘挂在锆刚玉砖表面，从而减少了对锆刚玉砖表面的侵蚀程度，并且采用部分氧化钛替换部分氧化锆，二者性能差别小，但是中国钛的存量以及价格远低于需要进口的锆，在不影响锆刚玉砖性能的前提下，有利于控制成本。

Description

一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺
技术领域
本发明涉及锆刚玉砖技术领域，特别是一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺。
背景技术
钛和锆在自然条件下均存在于砂石中，经过海水千百万年昼夜不停地淘洗，把比较重的钛铁矿和锆英砂矿冲在一起，在漫长的海岸边，形成了一片一片的钛矿层和锆矿层，而锆刚玉砖就是利用由工业氧化铝与精选锆英石，加入少量Na2CO3电熔制成，锆刚玉砖本身具有极佳的抗高温特性，然而由于烧结过程中的气孔，导致锆刚玉砖的表面粗糙，在作为池窑的围护时，锆刚玉砖的表面会残存熔融状态下的玻璃，造成清理费力影响砖体寿命，而且中国的锆矿资源有限，因而一直处于进口状态，而二氧化钛同样具有较高的抗高温特性，并且钛资源的储量在中国的储量非常多，如果在锆刚玉砖的制备中加入二氧化钛，以适当的比例将二氧化锆和二氧化钛混合，不仅能取得较好的耐高温特性，而且由于二氧化钛的存在增加了锆刚玉砖表面的光洁程度，并且材料易得，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺，解决了现有的锆刚玉砖表面粗糙，影响使用以及锆用量过多，而锆材料难得的问题。
实现上述目的本发明的技术方案为：一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖，包含0.72-1.05wt％的Na2O+K2O、 10.5-15.0wt％Zr02、10.5-15.0％SiO2、21.0-23.0wt％TiO2，余量为Al2O3和部分不可避免杂质。
所述Al2O3的含量不少于45.0wt％。
所述NaO/KO的重量比为7-9:1。
所述Zr02的含量为13.0-14.2wt％，SiO2的含量为 12.0-13.0wt％。
所述不可避免杂质的总量不大于1.5wt％。
包括如下步骤：S1、称量组分，S2、电熔，S3、退火冷却；
S1：按照组分称取原料，原料包括：锆英砂、氧化锆、二氧化钛、白刚玉粉、五氧化二铌、碳酸钠、碳酸钾，以及石英砂；
S2：在电弧炉中熔化所述起始配料，进行充分搅拌混合，并进行吹氧处理以得到熔融料液；
S3：浇铸并退火冷却得到所述的电熔锆刚玉砖。
所述搅拌时间为20-30min。
所述吹氧处理在2500～2600℃进行。
浇铸时，熔融料液的温度为1650～1800℃，退火冷却的速度为10～50℃/h。
所述退火冷却时采用换热器辅助降温。
利用本发明的技术方案制作的电熔锆刚玉砖，通过在组成体系中引入适量的TiO2，使得ZrO2以及TiO2充分混合在一起，由于氧化钛与氧化锆的耐高温性能相近，而氧化钛的光洁度较氧化锆的光洁度提高很多，进而显著提高了制备的电熔锆刚玉砖的表面光洁程度，使玻璃熔液不易粘挂在锆刚玉砖表面，从而减少了对锆刚玉砖表面的侵蚀程度，并且采用部分氧化钛替换部分氧化锆，二者性能差别小，但是中国钛的存量以及价格远低于需要进口的锆，在不影响锆刚玉砖性能的前提下，有利于控制成本。
具体实施方式
下面对本发明进行具体描述，一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖，包含0.72-1.05wt％的Na2O+K2O、10.5-15.0wt％Zr02、 10.5-15.0％SiO2、21.0-23.0wt％TiO2，余量为Al2O3和部分不可避免杂质；所述Al2O3的含量不少于45.0wt％；所述NaO/KO的重量比为 7-9:1；所述Zr02的含量为13.0-14.2wt％，SiO2的含量为 12.0-13.0wt％；所述不可避免杂质的总量不大于1.5wt％；一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖的生产工艺，包括如下步骤：S1、称量组分，S2、电熔，S3、退火冷却；S1：按照组分称取原料，原料包括：锆英砂、氧化锆、二氧化钛、白刚玉粉、五氧化二铌、碳酸钠、碳酸钾，以及石英砂；S2：在电弧炉中熔化所述起始配料，进行充分搅拌混合，并进行吹氧处理以得到熔融料液；S3：浇铸并退火冷却得到所述的电熔锆刚玉砖；所述搅拌时间为20-30min；所述吹氧处理在2500～2600℃进行；浇铸时，熔融料液的温度为1650～1800℃，退火冷却的速度为10～50℃/h；所述退火冷却时采用换热器辅助降温。
本实施方案的特点为，包含0.72-1.05wt％的Na2O+K2O、 10.5-15.0wt％Zr02、10.5-15.0％SiO2、21.0-23.0wt％TiO2，余量为Al2O3和部分不可避免杂质；本发明的电熔锆刚玉砖通过在组成体系中引入适量的TiO2，使得ZrO2以及TiO2充分混合在一起，由于氧化钛与氧化锆的耐高温性能相近，而氧化钛的光洁度较氧化锆的光洁度提高很多，进而显著提高了制备的电熔锆刚玉砖的表面光洁程度，使玻璃熔液不易粘挂在锆刚玉砖表面，从而减少了对锆刚玉砖表面的侵蚀程度，并且采用部分氧化钛替换部分氧化锆，二者性能差别小，但是中国钛的存量以及价格远低于需要进口的锆，在不影响锆刚玉砖性能的前提下，有利于控制成本。
以下将结合具体实施例对本发明所述的电熔锆刚玉砖及其生产工艺做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。
本发明的电熔锆刚玉砖通过在组成体系中引入适量的TiO2，使得 ZrO2以及TiO2充分混合在一起，由于氧化钛与氧化锆的耐高温性能相近，而氧化钛的光洁度较氧化锆的光洁度提高很多，进而显著提高了制备的电熔锆刚玉砖的表面光洁程度，使玻璃熔液不易粘挂在锆刚玉砖表面，从而减少了对锆刚玉砖表面的侵蚀程度。具体来说，本发明的电熔锆刚玉砖含有13.0-14.2wt％的ZrO2、10.5-15.0wt％的SiO2、 0.72-1.05wt％的Na2O+K2O，余量为Al2O3以及不可避免的杂质，并且其中SiO2/(Na2O+K2O)的重量比为10-15(优选为10-13.5)。并且， Na2O/K2O的重量比为7-9:1。
在本发明的实施例以及比较例中采用白刚玉(Al2O3≥99.0wt％)、锆英砂(66.4wt％的ZrO2、33.5wt％的SiO2)、氧化锆(ZrO2≥ 98.0wt％)、氧化钛(TiO2≥98.0wt％)、碳酸钠，以及可选地碳酸钾、石英砂(SiO2≥99.0wt％)作为起始原料。在本发明中，电熔锆刚玉中的ZrO2至少有30％来源于氧化锆，优选电熔锆刚玉中的ZrO2有30～ 60％来源于氧化锆，通过在起始原料中引入部分氧化锆可以提高电熔锆刚玉砖中ZrO2-Al2O3共晶体的含量，同时通过引入氧化钛，在电熔过程中产生TiO2-Al2O3共晶体，提升浇筑时的表面平滑度，并且二者高温性能相近，不影响锆刚玉砖的正常性能，有利于提高抗玻璃液的侵蚀能力，从成本和性能的角度考虑在本发明中，采用部分氧化钛替换部分氧化锆，二者性能差别小，但是中国钛的存量以及价格远低于需要进口的锆，在不影响锆刚玉砖性能的前提下，有利于控制成本，通过采用的起始原料中锆英砂与氧化锆的重量比2-4:1，进一步控制成本；在下述实施例以及比较例中锆英砂与氧化锆的重量比为3:1。通过采用上述原料，可以控制杂质的总含量小于1.0wt％，并且Fe2O3的含量≤0.20wt％，B2O3的含量≤0.20wt％，Ca2O的含量≤0.20wt％， Mg2O的含量≤0.20wt％。
本发明的电熔锆刚玉砖通过以下方法制备得到：
(1)将起始原料按照计算的配比加入混料机中进行搅拌混合均匀，搅拌25min。
(2)对电弧炉通电进行加热，升温至1850℃以上时加入混合好的起始原料，继续升温熔化，当电弧炉的炉温升至2500℃-2600℃，保温30分钟净化溶液后进行第一次吹氧，氧枪的插入深度为溶液面下 350mm，吹氧量为在5个大气压下保持3分钟即可；15分钟后，进行第二次吹氧(重复第一次吹氧过程)。
(3)两次吹氧后，当电弧炉内的熔融料液温度降低至1650-1800℃进行浇铸，然后在保温箱中进行退火冷却，为了减少偏析并减少裂纹提高成品率，退火冷却的温度优选控制在约15℃/h。当温度降低至 60℃，可结束退火取出，经检验合格后再进行切磨加工。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖，其特征在于，包含0.72-1.05wt％的Na2O+K2O、10.5-15.0wt％Zr02、10.5-15.0％SiO2、21.0-23.0wt％TiO2，余量为Al2O3和部分不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖，其特征在于，所述Al2O3的含量不少于45.0wt％。
3.根据权利要求1所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖，其特征在于，所述Na2O/K2O的重量比为7-9:1。
4.根据权利要求1所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖，其特征在于，所述Zr02的含量为13.0-14.2wt％，SiO2的含量为12.0-13.0wt％。
5.根据权利要求1所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖，其特征在于，所述不可避免杂质的总量不大于1.5wt％。
6.权利要求1所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：S1、称量组分，S2、电熔，S3、退火冷却；
S1：按照组分称取原料，原料包括：锆英砂、氧化锆、二氧化钛、白刚玉粉、五氧化二铌、碳酸钠、碳酸钾，以及石英砂；
S2：在电弧炉中熔化所述起始配料，进行充分搅拌混合，并进行吹氧处理以得到熔融料液；
S3：浇铸并退火冷却得到所述的电熔锆刚玉砖。
7.根据权利要求6所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺，其特征在于，所述搅拌时间为20-30min。
8.根据权利要求6所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺，其特征在于，所述吹氧处理在2500～2600℃进行。
9.根据权利要求6所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺，其特征在于，浇铸时，熔融料液的温度为1650～1800℃，退火冷却的速度为10～50℃/h。
10.根据权利要求8所述的一种适用于全氧燃烧玻璃熔窑用电熔锆刚玉砖及其生产工艺，其特征在于，所述退火冷却时采用换热器辅助降温。
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