CN111517785A - 一种高锆熔铸砖生产工艺及其生产设备 - Google Patents

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Abstract

一种高锆熔铸砖生产工艺及其生产设备，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ZrO289‑95份，SiO23.5‑9份，Al2O30‑1份，Na2O 0.01‑0.51份；配料中包含生料和熟料，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预热，然后微波加热至1200‑1600℃；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。该工艺和设备能够大幅缩短熔融时间，降低成本。

Description

一种高锆熔铸砖生产工艺及其生产设备
技术领域
本发明涉及电熔高锆砖技术领域，特别是一种电熔高锆砖的生产工艺及其生产设备。
背景技术
电熔高锆砖主要用于玻璃窑炉，目前生产采用的主要是三相电弧炉熔化法工艺。具体工艺如下：
混合料配制：将氧化锆、锆英砂、氧化钠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，使料液充分均匀熔融，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：将浇铸好的砖通常覆盖保温铝粉的保温箱带模退火，或用可调温隧道窑按制定好的温度制度退火处理，使得高锆砖形成最佳的材料结构。
脱模加工工序：将冷却退火后的高锆砖脱模，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体，加工后进行预组装，达到要求后进行包装出厂。
对于高锆砖来说，氧化锆占主要成分，其单组份熔点在2700℃左右。因此生产高锆砖的熔融时间长，能耗非常高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种缩短熔融时间，降低生产能耗的高锆砖生产工艺以及配套生产设备。
为了实现上述目的，一种高锆熔铸砖生产工艺，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 89-95份，SiO2 3.5-9份，Al2O3 0-1份，Na2O 0.01-0.51份；配料中包含生料和熟料，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预热，预热至300-600℃，然后微波加热，3-8min内生料由室温升至1200-1600℃；
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β为50-70度，微波加热开始2-3min后，开启石墨电极进行加热。
优选的，所述生料的微波加热是在物料分散状态下进行。
优选的，所述微波加热微波源工作频率为2450MHz,输入功率1100-1200W连续可调，微波加热时间5-10min。
一种生产设备，包括炉体、引风管，还包括烧结罐、微波发射器、流化床和倒旋风筒；
所述炉体包括，下料孔、电极、炉盖，下料孔下料方向与料液平面夹角β为50-70度；
所述引风管包括引风口、第一分支、第二分支，引风口的最低端位于炉体最高液位上侧10-25cm处，第一分支和第二分支上均设置调节阀；
所述烧结罐包括锥形部、倒锥形部、圆柱形部、筛网、篦板、循环管、环形槽、排料口；烧结罐整体呈梭形，两端为锥台形，中段为圆柱形部，烧结罐竖向设置，下侧的倒锥台形部与圆柱形部之间固定篦板、倒锥台形部底端开口与引风管的第一分支连通，上侧的锥台形部上部与循环管连通，循环管与锥台形部内壁相切，循环管另一端与圆柱形部上部连通，连通处与排料口相对，循环管顶端与锥形部连通口面积大于下端与圆柱形部连通口的面积；排料口与下料孔连通；锥台形部顶端开口与倒旋风筒连通，连通处固定筛网，筛网孔径1-2mm，倒旋风筒顶端通过管道与引风机连通；
还包括流化床，流化床用于对混合料进行预热，流化床进风管与第二分支连通，流化床出料口与烧结罐的进料口连通，烧结罐进料口位于篦板上侧；
烧结罐的圆柱形部内侧环形槽内固定设置环形布置的微波发射器，环形槽可以有多个，内部环形均匀分布微波发射器，环形槽位于烧结罐的进料口和排料口之间；
本发明的有益效果在于，能够大幅缩短混合料的熔融时间，降低能耗，提高生产效率的同时，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明设备结构示意图。
图2是烧结罐微波发射器设置示意图。
图中，炉体10、下料孔11、电极12、炉盖13，引风管20、引风口21、第一分支23、第二分支22，烧结罐30、篦板31、循环管32、环形槽33、排料口34、微波发射器40、流化床50。
具体实施方式
下面结合附图对发明做详细描述。
一种高锆熔铸砖生产工艺，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 89-95份，SiO2 3.5-9份，Al2O3 0-1份，Na2O0.01-0.51份；配料中包含生料和熟料，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％；
配料在以上范围内有多种选择，提供以下三种实施例：
1、ZrO2 89份，SiO2 9份，Al2O3 1份，Na2O 0.01份；
2、ZrO2 93.6份，SiO2 4.8份，Al2O3 0.5份，Na2O 0.2份；
3、ZrO2 95份，SiO2 3.5份，Na2O 0.51份。
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预热，预热至300-600℃，然后微波加热，3-8min内生料由室温升至1200-1600℃；
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β为50-70度，之所以选择这个角度范围，是为了让含有液相的混合料快速进入熔融料液，微波加热开始2-3min后，开启石墨电极进行加热。
其中生料的微波加热最好是在物料分散状态下进行，因为到1200-1600℃后氧化钠和氧化硅会部分出现液相，在液相作用下，其它组份的熔点也会降低，液相会粘附一定量的其它组份形成粉料球。这种粉料球能够更快的进入保留的熔融料液中，而且其在高温熔融料液和电极作用下熔化速率相比于预热到相同温度的固体粉料更快。
经过试验，粉料预热到1400℃，剔除液相，和预热到1400℃保留液相，再继续加热相比，有液相的组份熔化所需时间比没有液相的组份熔化所需的时间短10-15％。
此外，经过试验，微波加热后，组份分子更活跃。微波加热组份到1400℃和电弧炉加热组分到1400℃之后，分别再进行电弧炉加热到组份熔化相比，微波加热然后使用电弧炉加热熔化所需的时间比直接用电弧炉将1400℃的组份加热到熔化所需的时间短2-5％。
而且，微波将物料从室温加热到1200-1600℃所需要的时间要比电弧炉加热所需的时间短的多。
基于此，利用微波加热组份到1200-1600℃能够有效地缩短20-30％的时间。
试验中10min内可以将配料组份加热到1400℃，当然温度高于1600℃后，升温速率变慢，且液相过多，不利于后续的熔融工序。
微波加热微波源工作频率为2450MHz,输入功率1100-1200W连续可调，微波加热时间5-10min。
如图1-2所示，基于以上工艺，设计了如下生产设备，包括炉体10、引风管20、烧结罐30、微波发射器40、流化床50和倒旋风筒60；
所述炉体包括，下料孔11、电极12、炉盖13，下料孔11下料方向与料液平面夹角β50-70度；
所述引风管20包括引风口21、第一分支23、第二分支22，引风口21的最低端位于炉体10最高液位上侧10-25cm处，第一分支23和第二分支22上均设置调节阀；
所述烧结罐30包括篦板31、循环管32、环形槽33、排料口34；烧结罐整体呈梭形，两端为锥台形，中段为圆柱形部，烧结罐30竖向设置，下侧的倒锥台形部与圆柱形筒体之间固定篦板31、倒锥台形部底端开口与引风管20的第一分支23连通，上侧的锥台形部上部与循环管32连通，循环管32与锥台形部内壁相切，循环管32另一端与圆柱形部上部连通，连通处与排料口34相对，循环管32顶端与锥形部连通口面积是下端与圆柱形部连通口的面积的2-4倍；排料口34与下料孔11连通；锥台形部顶端开口与倒旋风筒60连通，连通处固定筛网，筛网孔径1-2mm，倒旋风筒60顶端通过管道与引风机连通；
还包括流化床50，流化床50用于对混合料进行预热，流化床50进风管与第二分支22连通，流化床50出料口与烧结罐30的进料口连通，烧结罐进料口位于篦板31上侧；
烧结罐30的圆柱形部内侧环形槽内固定设置环形布置的微波发射器40，环形槽33可以有多个，内部环形均匀分布微波发射器，环形槽位于烧结罐的进料口和排料口34之间；
通过引风机抽吸倒旋风筒60的出风管，带动从引风管20中抽吸炉体10内的热气，通过第一第二分支的调节阀调节风量和风速，在流化床50内使生料悬浮流动并受热进入烧结罐30，烧结罐底端的进气使生料在烧结罐30内也呈悬浮状态，并缓慢向上移动，移动过程中，微波发射器向生料发射微波对生料进行加热。烧结罐内纵向气流使生料最高点能够维持在排料口34的中部。
循环管32的顶端与锥形部连通口面积比底端与圆柱形部连通口面积大，且气流是纵向流动，气流能够从循环管32上端进，下端出，这样就能够让生料不断的进入排料口34，进而流入炉体10内。当然还可以从引风管20上连接一根第三分支，专门用来吹生料顶面，将微波加热后的生料吹进排料口。烧结罐30顶端的倒旋风筒60是避免生料被气流带走，在倒旋风筒60内旋转后重新落回到烧结罐30中。
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 (4)

1.一种高锆熔铸砖生产工艺，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，配料按重量份计算ZrO2 89-95份，SiO2 3.5-9份，Al2O3 0-1份，Na2O 0.01-0.51份；配料中包含生料和熟料，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预热，预热至300-600℃，然后微波加热，3-8min内生料由室温升至1200-1600℃；
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β为50-70度，微波加热开始2-3min后，开启石墨电极进行加热。
2.根据权利要求1所述的高锆熔铸砖生产工艺，其特征在于，所述生料的微波加热是在物料分散状态下进行。
3.根据权利要求1所述的高锆熔铸砖生产工艺，其特征在于，所述微波加热微波源工作频率为2450MHz,输入功率1100-1200W连续可调，微波加热时间5-10min。
4.一种用于如权利要求1-4所述的高锆熔铸砖生产工艺的生产设备，包括炉体、引风管，其特征在于，还包括烧结罐、微波发射器、流化床和倒旋风筒；
所述炉体包括，下料孔、电极、炉盖，下料孔下料方向与料液平面夹角β为50-70度；
所述引风管包括引风口、第一分支、第二分支，引风口的最低端位于炉体最高液位上侧10-25cm处，第一分支和第二分支上均设置调节阀；
所述烧结罐包括锥形部、倒锥形部、圆柱形部、筛网、篦板、循环管、环形槽、排料口；烧结罐整体呈梭形，两端为锥台形，中段为圆柱形部，烧结罐竖向设置，下侧的倒锥台形部与圆柱形部之间固定篦板、倒锥台形部底端开口与引风管的第一分支连通，上侧的锥台形部上部与循环管连通，循环管与锥台形部内壁相切，循环管另一端与圆柱形部上部连通，连通处与排料口相对，循环管顶端与锥形部连通口面积大于下端与圆柱形部连通口的面积；排料口与下料孔连通；锥台形部顶端开口与倒旋风筒连通，连通处固定筛网，筛网孔径1-2mm，倒旋风筒顶端通过管道与引风机连通；
还包括流化床，流化床用于对混合料进行预热，流化床进风管与第二分支连通，流化床出料口与烧结罐的进料口连通，烧结罐进料口位于篦板上侧；
烧结罐的圆柱形部内侧环形槽内固定设置环形布置的微波发射器，环形槽可以有多个，内部环形均匀分布微波发射器，环形槽位于烧结罐的进料口和排料口之间。
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