CN111087231B - 一种高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，包括混合料配制、熔化工序、浇铸工序、保温退火工序、脱模加工工序，配料按重量份计算ZrO2+HfO2 35‑40份，SiO2 12‑14份，Na2O 1.2‑1.6份，稀土0‑3份，Al2O3作为余量将配料补足至100重量份；配料中包含熟料和生料，二者配比相同，熟料为块状物，粒径3‑8cm，生料为粉料粒径0.05‑1.5mm；熟料占比10‑30％；其中熔化工序：炉体中保留1/2‑3/5的熔融物料，熟料通过料斗直接倒入炉体中央处；生料在进入炉体前进行微波加热；生料进入炉体的最低点应该在炉体内最高液位上方，其最低点与最高液位之间的距离是最高液位与保留液位之间距离的1/2‑3/4；生料进入炉体的方向与水平液位之间的夹角α为30‑60度。该工艺和设备能够有效提高熔融效率，提高料液组份均匀性，降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种熔铸锆刚玉砖的生产工艺，以及该生产工艺所使用的生产设备。
背景技术
目前生产熔铸耐火材料主要是三相电弧炉氧化法工艺。工业生产常采用石英砂做铸型材料，具体工艺如下：
混合料配制：将氧化铝粉、氧化锆、氧化钠、锆英砂等原料按一定比例配合，充分混合均匀待用。
熔化工序：将混合均匀后的原料，加入到自动控制的三相电弧炉中，在最佳条件下熔化。用三相电弧炉氧化熔融配合料，熔体温度适中，熔融过程可以采用可编程的电脑程序进行自动控制，使料液充分均匀熔化，保持稳定的熔化温度制度，制得化学成分均匀且含碳量少，并具有一定良好浇铸性能的熔体。
浇铸工序：将熔融料液注入到预制好的铸型内，制成结构致密和使用性能良好的熔铸电熔砖。
保温退火工序：将浇铸好的砖放入覆盖保温砂的保温箱带模退火，或用可调温隧道窑按制定好的温度制度退火处理，使得锆刚玉砖析晶并形成最佳的材料结构。
脱模加工工序：将冷却退火后的锆刚玉砖脱模，清砂。根据用户的要求进行机械加工，得到规定尺寸和表面精度的砖坯，加工后进行预组装，达到要求后进行包装出厂。
其中熔化工序通常耗时120分钟左右，耗电高的同时，由于各组分尤其是耐火的关键组份，氧化锆与其他组份密度不同，长时间熔融下存在不同组份在料液中不同层高的含量不同的偏差。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种加热速率更高，浇铸时物料组份更均匀的一种高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺。
为了实现上述目的，一种高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，包括混合料配制、熔化工序、浇铸工序、保温退火工序、脱模加工工序，其中混合料按重量份计算ZrO2+HfO2 35-40份，SiO2 12-14份，Na2O 1.2-1.6份，稀土0-3份，Al2O3作为余量将配料补足至100重量份；配料中包含熟料和生料，二者配比相同，熟料为块状物，粒径3-8cm，生料为粉料粒径0.05-1.5mm；熟料占比10-30％；
其中熔化工序：炉体中保留1/2-3/5的熔融物料，熟料通过料斗直接倒入炉体中央处；生料待熟料倒入后以30-50kg/s的速率送到炉体最高液位的边沿的一个点或是多个点处；
生料在进入炉体前进行微波加热，1-5min内生料由室温升至600-1000℃；
生料进入炉体的最低点应该在炉体内最高液位上方，其最低点与最高液位之间的距离是最高液位与保留液位之间距离的1/2-3/4；
生料进入炉体的方向与水平液位之间的夹角α为30-60度；
所用设备包括炉体、炉盖、电极，还包括下料孔，辅助加热组件，套接下螺旋送料器、上螺旋送料器；
炉体包括炉盖、电极，还包括下料孔，下料孔位于炉体侧壁上，下料口下料角度与料液平面之间的夹角α在30-60度之间；炉盖上固定引风管，引风管一端伸入炉体内；
辅助加热组件包括辅助加热组件包括，筒体、导流槽、中心通气管、凸缘、微波发射器；筒体为圆柱形筒，筒壁内外侧使用金属片制成，金属片中间填充保温棉；
筒体内固定螺旋延伸的导流槽，导流槽顶端与筒体上的进料口连通，导流槽外侧壁与筒体内壁固定连接，导流槽的内侧壁与中心通气管外壁固定连接，导流槽的顶端固定凸缘，凸缘有两个固定在导流槽两个侧壁顶端，凸缘向导流槽开口内侧突出，凸缘与导流槽侧壁夹角内固定微波发射器；导流槽是钢或不锈钢制成；
筒体顶端进料口与上螺旋送料器的连通，筒体底端的出料口与下螺旋送料器连通，下螺旋送料器的出料端能够伸入炉体的下料孔中。
进一步的，所述物料摊铺厚度不超过5cm，物料摊铺宽度30-50cm，生料料层长度50cm范围内有两个微波发射器向料层表面发射微波，微波源工作频率为2450MHz,输入功率850-1200W连续可调，微波加热时间为3-5min。
进一步的，在生料进料开始0-30s后，开启石墨电极，对物料进行加热。
进一步的，在生料进入炉体时，采用氧枪引导生料喷向料液，氧枪喷气口位于炉体上生料进料口的前端，氧枪有2-4个，沿着炉体的生料下料口均匀间隔分布。
进一步的，还包括氧枪，氧枪有多个，能够穿过下料孔进入炉体内，其沿着下料孔内壁均匀间隔设置。
进一步的，炉体上可以设置两个下料孔，下料孔位置相对于炉体的轴线对称。
进一步的，筒体内固定同轴的中心通气管，中心通气管两端伸出筒体外，顶端与余热回收管道连通；
引风管有两个分支，一个分支直接与余热回收管连通，另一个分支与中心通气管底端通过套接管和套管连通，套管与中心通气管固定连接，套接管与引风管固定连接；套接管和套管为弧形管，二者中心弧线所在圆的圆心重合，且与炉体转动倒料时的转动圆心重合。
进一步的，在导流槽的下端连通反向导流槽，反向导流槽与导流槽的结构相同，只是旋转方向相反。
本发明的有益效果在于，利用微波对物料进行预加热，大幅提高熔融效率，缩短熔融时间，使物料更均匀，避免或减少组份不均匀的情况发生，提高成品合格率。且熔融所需能耗大幅降低，降低生产成本。
附图说明
图1是生产设备示意图。
图2是导流槽俯视图。
图3是导流槽内部结构示意图。
图4是辅助加热组件与下螺旋送料器配合示意图。
图5两套辅助加热组件示意图。
图中，炉体10、炉盖11、电极12、下料孔13，辅助加热组件20、筒体27、导流槽21、反向导流槽22、中心通气管23、凸缘25、微波发射器26，引风管30、套接管31、套管32，下螺旋送料器40、上螺旋送料器50
具体实施方式
下面结合实施例和附图对发明做详细描述。
一种高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，包括混合料配制、熔化工序、浇铸工序、保温退火工序、脱模加工工序，其中配料按重量份计算ZrO2+HfO2 35-40份，SiO2 12-14份，Na2O 1.2-1.6份，稀土0-3份，Al2O3作为余量将配料补足至100重量份；配料中包含熟料和生料，二者配比相同，熟料为块状物，粒径3-8cm，生料为粉料粒径0.05-1.5mm；熟料占比10-30％；
其中熔化工序：炉体10中保留1/2-3/5的熔融物料，熟料通过料斗直接倒入炉体中央处；生料待熟料倒入后以30-50kg/s的速率送到炉体最高液位的边沿的一个点或是多个点处；
生料在进入炉体前进行微波加热，1-5min内生料由室温升至600-1000℃；为了达到这个温度，物料摊铺厚度不超过5cm，物料摊铺宽度30-50cm，生料料层长度50cm范围内有两个微波发射器向料层表面发射微波，微波源工作频率为2450MHz,输入功率850-1200W连续可调，微波加热时间为3-5min，使生料经过微波加热后的温度达600-1000℃。
生料进入炉体的最低点应该在炉体内最高液位上方，其最低点与最高液位之间的距离是最好液位与保留液位之间距离的1/2-3/4；生料进入炉体的方向与水平液位之间的夹角α为30-60度，最好是40-50度之间，这个角度范围内，生料会在其进料的最低点与液位之间形成一个料堆，生料会沿料堆斜坡逐渐堆至料液的中心处；
在生料进料开始0-30s后，开启石墨电极，对物料进行加热。这样，生料进行预热，熟料也经过保留料液加热，此时对物料进行电弧加热，融化物料的时间能够缩短1/3-1/2，整个融化工序所需的时间缩短至30-50min，熔融物料更均匀，浇铸的锆刚玉砖成品率更高，后期使用寿命相比无预加热的锆刚玉砖，在相同玻璃窑炉的相同位置，使用寿命更长，比无预加热锆刚玉砖使用寿命长1.3-1.6倍。
生料加热温度最好是加热到850℃(因为检测温度基本上是物料表面温度，内部存在部分高温处有可能出现液相，低熔点的组份容易液化，液相团聚阻碍物料移动，也有可能粘附设备，使生产对设备要求变高)，当然微波发射器与生料料层厚度等参数可以调整，最终的目的是让生料预热到600-1000℃。因为微波的加热功效非常高，电能转化率在85％左右，且物料升温速度非常快，这样就能够大幅度提高融化工序的效率，缩短熔融时间，降低能耗。此外，微波加热对各组分的分子有活化作用，能够进一步的缩短后续在电弧炉内的熔融过程所需要的时间。
此外，电弧炉熔融过程中需要对熔融物料进行吹氧，避免由于碳单质或是其他还原性物质将所需的金属氧化物还原成低价氧化物甚至是还原成单质。吹氧有顶吹和底吹，由于熔融物料粘度大，温度过高，吹氧很难大范围进行，通常是单点或最多四个点进行吹氧操作，熔融态的吹氧。这就使得物料很难与氧气都有相同或接近相同的接触几率，这就导致不规律的出现不合格品的情况。通常熟料基本不需要进行吹氧，因为熟料大多是合格品的冒口和切削下来的剩余物料构成，而生料由于粒径小，比表面积大，更活泼，更可能发生还原反应。而且上述工艺中，是先将熟料加入保留的熔融物料中，因此这部分熟料与单质碳或是其他还原性物质接触的几率非常低。基于此，在生料进入炉体时，采用氧枪引导生料喷向料液，氧枪喷气口位于炉体上生料进料口的前端，氧枪有2-4个，沿着炉体的生料下料口均匀间隔分布，这样，氧气喷出，会在下料口形成负压，抽吸生料，使其沿氧气喷出的方向移动，同时氧气与生料混合进入料液中。之所以用负压抽吸生料与生料混合并引导生料流动发向，是为了避免生料在炉体内扬尘。氧枪吹送物料的同时，关闭炉体顶端的抽风的设备，避免将生料抽入管道中。
此外，吹氧在浇铸前10分钟，针对熔体再进行一次，避免熔体被还原。
增加氧气引流的生料，采用微波预热道950-1000度，氧气流速不宜过快，流量不宜过大，流速控制在3-10m/s，流量与进料量有关系，氧气体积与进料体积的比例控制在1/2-1/4。这样氧气与物料混合进入料液，能够有效的避免氧气与物料接触不均匀的情况发生，经统计，利用氧气与生料混合并引流的产品，成品率提高3-5个百分点。
如图1-5所示，基于以上工艺，设计了如下生产设备，包括炉体10、炉盖11、电极12，还包括下料孔13，辅助加热组件20，引风管30、套接管31、套管32，还包括下螺旋送料器40、上螺旋送料器50，
炉体10包括炉盖11、电极12，还包括下料孔13，下料孔13位于炉体侧壁上，下料口下料角度与料液平面之间的夹角α在30-60度之间；炉盖11上固定引风管30，引风管30一端伸入炉体10内；
辅助加热组件20包括辅助加热组件包括，筒体27、导流槽21、反向导流槽22、中心通气管23、凸缘25、微波发射器26；筒体27为圆柱形筒，筒壁内外侧使用金属片制成，金属片中间填充保温棉，金属片的作用是屏蔽和反射微波，筒体27内固定同轴的中心通气管23，中心通气管23两端伸出筒体27外，顶端与余热回收管道连通；
引风管30有两个分支，一个分支直接与余热回收管连通，另一个分支与中心通气管23底端通过套接管31和套管32连通，套管32与中心通气管23固定连接，套接管31与引风管固定连接；套接管31和套管32为弧形管，二者中心弧线所在圆的圆心重合，且与炉体转动倒料时的转动圆心重合，使炉体10转动倒料时带动引风管30转动，进而使套接管31转动能够与套管32滑动配合；中心通气管23的作用是引用炉体内的高温，对物料进行加热。
筒体27内固定螺旋延伸的导流槽21，导流槽21顶端与筒体27上的进料口连通，导流槽21外侧壁与筒体27内壁固定连接，导流槽21的内侧壁与中心通气管23外壁固定连接，导流槽21的顶端固定凸缘25，凸缘25有两个固定在导流槽21两个侧壁顶端，凸缘25向导流槽开口内侧突出，凸缘25与导流槽21侧壁夹角内固定微波发射器26；导流槽21是钢或不锈钢制成；导流槽是螺旋形主要是为了节省设备空间，且让物料有足够的微波加热时间；
由于微波是单向发射，因此可以在导流槽21的下端连通反向导流槽22，反向导流槽22与导流槽21的结构相同，只是旋转方向相反，这样设置使为了让物料在导流槽21流到反向导流槽22上时能够翻转，使原来位于底侧的物料翻转到上侧来。
筒体27顶端进料口与上螺旋送料器50的连通，筒体27底端的出料口与下螺旋送料器40连通，下螺旋送料器40的出料端能够伸入炉体10的下料孔13中；
还包括氧枪60，氧枪60有多个，能够穿过下料孔13进入炉体内，其沿着下料孔13内壁均匀间隔设置。
炉体10上可以设置两个下料孔13，下料孔13位置相对于炉体的轴线对称，一方面是加快下料速度，另一方面是让两侧下料均匀，对应的可以设置两套辅助加热组件和引风管30.如图5所示。
通过实际生产，以下三种配比，均可顺利进行：1、重量份计算ZrO2+HfO235份，SiO212份，Na2O 1.2份，稀土0.5份，Al2O3作为余量将配料补足至100重量份；
2、重量份计算ZrO2+HfO2 40份，SiO2 14份，Na2O 1.6份，稀土3份，Al2O3作为余量将配料补足至100重量份；
3、重量份计算ZrO2+HfO2 38份，SiO2 13份，Na2O 1.4份，稀土1.5份，Al2 O3作为余量将配料补足至100重量份。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，包括混合料配制、熔化工序、浇铸工序、保温退火工序、脱模加工工序，其特征在于，其中混合料按重量份计算ZrO2+HfO2 35-40份，SiO212-14份，Na2O 1.2-1.6份，稀土0-3份，Al2O3作为余量将配料补足至100重量份；配料中包含熟料和生料，二者配比相同，熟料为块状物，粒径3-8cm，生料为粉料粒径0.05-1.5mm；熟料占比10-30％；
其中熔化工序：炉体中保留1/2-3/5的熔融物料，熟料通过料斗直接倒入炉体中央处；生料待熟料倒入后以30-50kg/s的速率送到炉体最高液位的边沿的一个点或是多个点处；
生料在进入炉体前进行微波加热，1-5min内生料由室温升至600-1000℃；
生料进入炉体的最低点应该在炉体内最高液位上方，其最低点与最高液位之间的距离是最高液位与保留液位之间距离的1/2-3/4；
生料进入炉体的方向与水平液位之间的夹角α为30-60度；
所用设备包括炉体、炉盖、电极，还包括下料孔，辅助加热组件，套接下螺旋送料器、上螺旋送料器；
炉体包括炉盖、电极，还包括下料孔，下料孔位于炉体侧壁上，下料口下料角度与料液平面之间的夹角α在30-60度之间；炉盖上固定引风管，引风管一端伸入炉体内；
辅助加热组件包括，筒体、导流槽、中心通气管、凸缘、微波发射器；筒体为圆柱形筒，筒壁内外侧使用金属片制成，金属片中间填充保温棉；
筒体内固定螺旋延伸的导流槽，导流槽顶端与筒体上的进料口连通，导流槽外侧壁与筒体内壁固定连接，导流槽的内侧壁与中心通气管外壁固定连接，导流槽的顶端固定凸缘，凸缘有两个固定在导流槽两个侧壁顶端，凸缘向导流槽开口内侧突出，凸缘与导流槽侧壁夹角内固定微波发射器；导流槽是钢或不锈钢制成；
筒体顶端进料口与上螺旋送料器的连通，筒体底端的出料口与下螺旋送料器连通，下螺旋送料器的出料端能够伸入炉体的下料孔中。
2.根据权利要求1所述的高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，其特征在于，所述生料摊铺厚度不超过5cm，生料摊铺宽度30-50cm，生料料层长度50cm范围内有两个微波发射器向料层表面发射微波，微波源工作频率为2450MHz,输入功率850-1200W连续可调，微波加热时间为3-5min。
3.根据权利要求2所述的高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，其特征在于，在生料进料开始0-30s后，开启石墨电极，对物料进行加热。
4.根据权利要求1所述的高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，其特征在于，在生料进入炉体时，采用氧枪引导生料喷向料液，氧枪喷气口位于炉体上生料进料口的前端，氧枪有2-4个，沿着炉体的生料下料口均匀间隔分布。
5.根据权利要求1所述的高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，其特征在于，所述设备还包括氧枪，氧枪有多个，能够穿过下料孔进入炉体内，其沿着下料孔内壁均匀间隔设置。
6.根据权利要求1所述的高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，其特征在于，炉体上可以设置两个下料孔，下料孔位置相对于炉体的轴线对称。
7.根据权利要求1所述的高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，其特征在于，筒体内固定同轴的中心通气管，中心通气管两端伸出筒体外，顶端与余热回收管道连通；
引风管有两个分支，一个分支直接与余热回收管连通，另一个分支与中心通气管底端通过套接管和套管连通，套管与中心通气管固定连接，套接管与引风管固定连接；套接管和套管为弧形管，二者中心弧线所在圆的圆心重合，且与炉体转动倒料时的转动圆心重合。
8.根据权利要求1所述的高稳定性熔铸锆刚玉砖生产工艺，其特征在于，在导流槽的下端连通反向导流槽，反向导流槽与导流槽的结构相同，只是旋转方向相反。
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