CN112062549A - 电熔锆刚玉砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，具体的涉及一种电熔锆刚玉砖及其制备方法。以重量份数计，原料组成如下：澳大利亚锆英砂35‑40份、废电熔锆刚玉砖10‑15份、工业用氧化铝粉45‑50份、碳酸钠1.1‑1.5份、硼砂2‑3份、电熔铝镁尖晶石5‑8份、电熔莫来石8‑13份、碳化硅3‑4份、氧化铈1‑2份。本发明所述的电熔锆刚玉砖，具有优异的耐高温、抗侵蚀和抗热震能力、大大减少了窑炉的维修量，从而提高了企业的经济效益；所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，采用废电熔锆刚玉砖为原料，降低了生产成本，且生产工艺简单，参数设计合理，对环境无污染，制备的锆刚玉砖的产品质量好。

Description

电熔锆刚玉砖及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体的涉及一种电熔锆刚玉砖及其制备方法。
背景技术
利用电熔法生产的电熔锆刚玉耐火砖是近代玻璃熔窑重要的耐火材料之一，是目前玻璃熔窑中应用最广、用量最大的耐火制品。它具有良好的抗玻璃液侵蚀性能、耐急冷急热性能及较高的热负荷性能，应用于熔窑的各重要部位，具有极好的耐腐蚀性和抗侵蚀性，它主要成分是ZrO2、Al2O3、SiO2、碱和其它杂质，矿物上它们由刚玉、斜锆石、少量莫来石和玻璃相组成。由于本质纯净而不污染产品，所以是玻璃制品熔融池不可缺少的耐火材料，还广泛用于钢铁、陶瓷、搪瓷、化工等行业。
在玻璃工业中，窑炉作为玻璃生产的核心装备，其技术水平在不断进步，广泛采用了提高燃烧强度、强化传热效果等新技术。新技术的引入也对电熔耐火材料的性能提出了更高的要求。
在玻璃炉窑窑壁上面使用的耐火材料普遍存在着使用寿命短，抗玻璃液侵蚀能力差，玻璃相渗出较多，抗热震能力差的缺点，且增加了窑炉的维修量，降低了企业的经济效益。
发明内容
本发明的目的是：提供一种电熔锆刚玉砖，该电熔锆刚玉砖具有优异的耐高温、抗侵蚀和抗热震能力；本发明同时提供了其制备方法。
本发明所述的电熔锆刚玉砖，以重量份数计，原料组成如下：澳大利亚锆英砂35-40份、废电熔锆刚玉砖10-15份、工业用氧化铝粉45-50份、碳酸钠1.1-1.5份、硼砂2-3份、电熔铝镁尖晶石5-8份、电熔莫来石8-13份、碳化硅3-4份、氧化铈1-2份。
其中：
废电熔锆刚玉砖经粉碎成为粉状，粒度控制在500-600目。
电熔铝镁尖晶石的粒度控制在300-400目；电熔莫来石的粒度控制在350-450目。
澳大利亚锆英砂的化学组成为：ZrO2 64-66％、SiO2 31-33％、余量为杂质。
废电熔锆刚玉砖的化学组成为：Al2O3 47-48％、ZrO2 41-42％、SiO2 10-12％、Na2O0.6-1.6％、Fe2O3 0-0.2％、TiO2 0-0.2％、CaO 0-0.3％、MgO 0-0.3％。
工业用氧化铝粉中Al2O3的含量＞98.8％。
电熔铝镁尖晶石的化学组成为：MgO 27-28％、Al2O3 70-71％、余量为杂质；杂质为SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O的混合物。
本发明所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将废电熔锆刚玉砖、电熔铝镁尖晶石和电熔莫来石粉碎至所需粒度，然后与澳大利亚锆英砂、工业用氧化铝粉、碳酸钠、硼砂、碳化硅和氧化铈混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料于电弧炉中进行熔化，电压控制在210-250V，熔化1.5-2h，然后将电压提高至250-310V，熔化10-15min，其中通氧3-5min，即得到浇铸液，将浇铸液送入模具进行浇铸，得到固态电熔砖；
(3)固态电熔砖保温退火，然后经整形加工即得到电熔锆刚玉砖。
其中：
步骤(2)中所述的浇铸液的温度达到2600℃以上。
步骤(3)中所述的退火起始温度为1850-1950℃，并在此温度下保温2-3h，然后以70-80℃/h的速率降温，降温至550-600℃以后自然冷却。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明所述的电熔锆刚玉砖，具有优异的耐高温、抗侵蚀和抗热震能力、大大减少了窑炉的维修量，从而提高了企业的经济效益。
(2)本发明所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，采用废电熔锆刚玉砖为原料，降低了生产成本，且生产工艺简单，参数设计合理，对环境无污染，制备的锆刚玉砖的产品质量好。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例1所述的电熔锆刚玉砖，以重量份数计，原料组成如下：澳大利亚锆英砂35份、废电熔锆刚玉砖12份、工业用氧化铝粉45份、碳酸钠1.1份、硼砂2.5份、电熔铝镁尖晶石5份、电熔莫来石10份、碳化硅3份、氧化铈1份。
其中：
废电熔锆刚玉砖经粉碎成为粉状，粒度控制在500目。
电熔铝镁尖晶石的粒度控制在300目；电熔莫来石的粒度控制在350目。
澳大利亚锆英砂的化学组成为：ZrO2 65％、SiO2 33％、余量为杂质。
废电熔锆刚玉砖的化学组成为：Al2O3 48％、ZrO2 41％、SiO2 10％、Na2O 0.7％、Fe2O3 0.1％、TiO2 0.1％、CaO 0.1％。
工业用氧化铝粉中Al2O3的含量＞98.8％。
电熔铝镁尖晶石的化学组成为：MgO 28％、Al2O3 71％、余量为杂质；杂质为SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O的混合物。
本实施例1所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将废电熔锆刚玉砖、电熔铝镁尖晶石和电熔莫来石粉碎至所需粒度，然后与澳大利亚锆英砂、工业用氧化铝粉、碳酸钠、硼砂、碳化硅和氧化铈混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料于电弧炉中进行熔化，电压控制在210V，熔化1.5h，然后将电压提高至260V，熔化15min，其中通氧3min，即得到浇铸液，将浇铸液送入模具进行浇铸，得到固态电熔砖；
(3)固态电熔砖保温退火，然后经整形加工即得到电熔锆刚玉砖。
其中：
步骤(2)中所述的浇铸液的温度达到2600℃。
步骤(3)中所述的退火起始温度为1850℃，并在此温度下保温2.0h，然后以70℃/h的速率降温，降温至550℃以后自然冷却。
根据《玻璃熔窑用熔铸锆刚玉耐火制品》行业标准对实施例1制备的锆刚玉砖性能进行测试，静态下抗玻璃液侵蚀速度为0.14mm/24h，玻璃相形变(1500℃*4h)为0.75％。
实施例2
本实施例2所述的电熔锆刚玉砖，以重量份数计，原料组成如下：澳大利亚锆英砂38份、废电熔锆刚玉砖15份、工业用氧化铝粉48份、碳酸钠1.3份、硼砂2.0份、电熔铝镁尖晶石6.5份、电熔莫来石13份、碳化硅4份、氧化铈1.5份。
其中：
废电熔锆刚玉砖经粉碎成为粉状，粒度控制在550目。
电熔铝镁尖晶石的粒度控制在400目；电熔莫来石的粒度控制在350目。
澳大利亚锆英砂的化学组成为：ZrO2 65％、SiO2 33％、余量为杂质。
废电熔锆刚玉砖的化学组成为：Al2O3 48％、ZrO2 41％、SiO2 10％、Na2O 0.7％、Fe2O3 0.1％、TiO2 0.1％、CaO 0.1％。
工业用氧化铝粉中Al2O3的含量＞98.8％。
电熔铝镁尖晶石的化学组成为：MgO 28％、Al2O3 71％、余量为杂质；杂质为SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O的混合物。
本实施例2所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将废电熔锆刚玉砖、电熔铝镁尖晶石和电熔莫来石粉碎至所需粒度，然后与澳大利亚锆英砂、工业用氧化铝粉、碳酸钠、硼砂、碳化硅和氧化铈混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料于电弧炉中进行熔化，电压控制在230V，熔化2.0h，然后将电压提高至280V，熔化15min，其中通氧3min，即得到浇铸液，将浇铸液送入模具进行浇铸，得到固态电熔砖；
(3)固态电熔砖保温退火，然后经整形加工即得到电熔锆刚玉砖。
其中：
步骤(2)中所述的浇铸液的温度达到2650℃。
步骤(3)中所述的退火起始温度为1900℃，并在此温度下保温2.5h，然后以75℃/h的速率降温，降温至580℃以后自然冷却。
根据《玻璃熔窑用熔铸锆刚玉耐火制品》行业标准对实施例2制备的锆刚玉砖性能进行测试，静态下抗玻璃液侵蚀速度为0.10mm/24h，玻璃相形变(1500℃*4h)为0.65％。
实施例3
本实施例3所述的电熔锆刚玉砖，以重量份数计，原料组成如下：澳大利亚锆英砂40份、废电熔锆刚玉砖10份、工业用氧化铝粉50份、碳酸钠1.5份、硼砂3份、电熔铝镁尖晶石8份、电熔莫来石8份、碳化硅3.5份、氧化铈2份。
其中：
废电熔锆刚玉砖经粉碎成为粉状，粒度控制在600目。
电熔铝镁尖晶石的粒度控制在300目；电熔莫来石的粒度控制在350目。
澳大利亚锆英砂的化学组成为：ZrO2 65％、SiO2 33％、余量为杂质。
废电熔锆刚玉砖的化学组成为：Al2O3 48％、ZrO2 41％、SiO2 10％、Na2O 0.7％、Fe2O3 0.1％、TiO2 0.1％、CaO 0.1％。
工业用氧化铝粉中Al2O3的含量＞98.8％。
电熔铝镁尖晶石的化学组成为：MgO 28％、Al2O3 71％、余量为杂质；杂质为SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O的混合物。
本实施例3所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将废电熔锆刚玉砖、电熔铝镁尖晶石和电熔莫来石粉碎至所需粒度，然后与澳大利亚锆英砂、工业用氧化铝粉、碳酸钠、硼砂、碳化硅和氧化铈混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料于电弧炉中进行熔化，电压控制在250V，熔化2h，然后将电压提高至300V，熔化15min，其中通氧3min，即得到浇铸液，将浇铸液送入模具进行浇铸，得到固态电熔砖；
(3)固态电熔砖保温退火，然后经整形加工即得到电熔锆刚玉砖。
其中：
步骤(2)中所述的浇铸液的温度达到2700℃。
步骤(3)中所述的退火起始温度为1950℃，并在此温度下保温3h，然后以80℃/h的速率降温，降温至600℃以后自然冷却。
根据《玻璃熔窑用熔铸锆刚玉耐火制品》行业标准对实施例3制备的锆刚玉砖性能进行测试，静态下抗玻璃液侵蚀速度为0.08mm/24h，玻璃相形变(1500℃*4h)为0.45％。
对比例1
本对比例1所述的电熔锆刚玉砖，以重量份数计，原料组成如下：澳大利亚锆英砂40份、废电熔锆刚玉砖13份、工业用氧化铝粉55份、碳酸钠1.5份、硼砂3份、电熔莫来石8份、碳化硅3.5份、氧化铈2份。
其中：
废电熔锆刚玉砖经粉碎成为粉状，粒度控制在600目。
电熔莫来石的粒度控制在350目。
澳大利亚锆英砂的化学组成为：ZrO2 65％、SiO2 33％、余量为杂质。
废电熔锆刚玉砖的化学组成为：Al2O3 48％、ZrO2 41％、SiO2 10％、Na2O 0.7％、Fe2O3 0.1％、TiO2 0.1％、CaO 0.1％。
工业用氧化铝粉中Al2O3的含量＞98.8％。
本对比例1所述的制备方法与实施例3相同。
根据《玻璃熔窑用熔铸锆刚玉耐火制品》行业标准对对比例1制备的锆刚玉砖性能进行测试，静态下抗玻璃液侵蚀速度为3.2mm/24h，玻璃相形变(1500℃*4h)为6.5％。
对比例2
本对比例2所述的电熔锆刚玉砖，以重量份数计，原料组成如下：澳大利亚锆英砂40份、废电熔锆刚玉砖10份、工业用氧化铝粉53.5份、碳酸钠1.5份、硼砂3份、电熔铝镁尖晶石8份、电熔莫来石8份、氧化铈2份。
其中：
废电熔锆刚玉砖经粉碎成为粉状，粒度控制在600目。
电熔铝镁尖晶石的粒度控制在300目；电熔莫来石的粒度控制在350目。
澳大利亚锆英砂的化学组成为：ZrO2 65％、SiO2 33％、余量为杂质。
废电熔锆刚玉砖的化学组成为：Al2O3 48％、ZrO2 41％、SiO2 10％、Na2O 0.7％、Fe2O3 0.1％、TiO2 0.1％、CaO 0.1％。
工业用氧化铝粉中Al2O3的含量＞98.8％。
电熔铝镁尖晶石的化学组成为：MgO 28％、Al2O3 71％、余量为杂质；杂质为SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O的混合物。
本对比例2所述的制备方法与实施例3相同。
根据《玻璃熔窑用熔铸锆刚玉耐火制品》行业标准对对比例2制备的锆刚玉砖性能进行测试，静态下抗玻璃液侵蚀速度为3.0mm/24h，玻璃相形变(1500℃*4h)为5.0％。
对比例3
本对比例3所述的电熔锆刚玉砖的原料用量与实施例3相同，唯一的不同点在于保温退火工序不同，本对比例3的退火起始温度为2100℃，并在此温度下保温3h，然后以90℃/h的速率降温，降温至600℃以后自然冷却。
根据《玻璃熔窑用熔铸锆刚玉耐火制品》行业标准对对比例3制备的锆刚玉砖性能进行测试，静态下抗玻璃液侵蚀速度为2.7mm/24h，玻璃相形变(1500℃*4h)为3.9％。

Claims (10)

1.一种电熔锆刚玉砖，其特征在于：以重量份数计，原料组成如下：澳大利亚锆英砂35-40份、废电熔锆刚玉砖10-15份、工业用氧化铝粉45-50份、碳酸钠1.1-1.5份、硼砂2-3份、电熔铝镁尖晶石5-8份、电熔莫来石8-13份、碳化硅3-4份、氧化铈1-2份。
2.根据权利要求1所述的电熔锆刚玉砖，其特征在于：废电熔锆刚玉砖经粉碎成为粉状，粒度控制在500-600目。
3.根据权利要求1所述的电熔锆刚玉砖，其特征在于：电熔铝镁尖晶石的粒度控制在300-400目；电熔莫来石的粒度控制在350-450目。
4.根据权利要求1所述的电熔锆刚玉砖，其特征在于：澳大利亚锆英砂的化学组成为：ZrO2 64-66％、SiO2 31-33％、余量为杂质。
5.根据权利要求1所述的电熔锆刚玉砖，其特征在于：废电熔锆刚玉砖的化学组成为：Al2O3 47-48％、ZrO2 41-42％、SiO2 10-12％、Na2O 0.6-1.6％、Fe2O3 0-0.2％、TiO2 0-0.2％、CaO 0-0.3％、MgO 0-0.3％。
6.根据权利要求1所述的电熔锆刚玉砖，其特征在于：工业用氧化铝粉中Al2O3的含量＞98.8％。
7.根据权利要求1所述的电熔锆刚玉砖，其特征在于：电熔铝镁尖晶石的化学组成为：MgO 27-28％、Al2O3 70-71％、余量为杂质；杂质为SiO2、Fe2O3、CaO和Na2O的混合物。
8.一种权利要求1所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：由以下步骤组成：
(1)将废电熔锆刚玉砖、电熔铝镁尖晶石和电熔莫来石粉碎至所需粒度，然后与澳大利亚锆英砂、工业用氧化铝粉、碳酸钠、硼砂、碳化硅和氧化铈混合均匀，得到混合料；
(2)将混合料于电弧炉中进行熔化，电压控制在210-250V，熔化1.5-2h，然后将电压提高至250-310V，熔化10-15min，其中通氧3-5min，即得到浇铸液，将浇铸液送入模具进行浇铸，得到固态电熔砖；
(3)固态电熔砖保温退火，然后经整形加工即得到电熔锆刚玉砖。
9.根据权利要求8所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的浇铸液的温度达到2600℃以上。
10.根据权利要求8所述的电熔锆刚玉砖的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的退火起始温度为1850-1950℃，并在此温度下保温2-3h，然后以70-80℃/h的速率降温，降温至550-600℃以后自然冷却。
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