低导热熔铸锆刚玉复合砖及其生产方法

摘要

一种低导热熔铸锆刚玉复合砖及其生产方法，所述复合砖致密部分为凹槽状熔铸锆刚玉砖，凹槽部位镶嵌氧化铝空心球砖或泡沫氧化铝制品。所述熔铸锆刚玉凹槽砖的配合料配方为10～30％的熔铸锆刚玉熟料，熟料组成为ZrO232.50％，Al2O349.95％，SiO215.50％，Na2O1.45％，其它0.60％，余量为与回收熟料同材质的熔铸锆刚玉砖配方生料，即工业氧化铝34.09～43.84％，锆英砂34.51～44.36％，碳酸钠0.92～1.19％。生产低导热熔铸锆刚玉复合砖的生产方法为配料、熔融、浇铸成型、退火、冷加工和复合，其特征在于：利用高电压、强电流，熔融期同步吹氧的熔化工艺熔融配合料，再浇铸成型，经退火和冷加工，最后复合制成产品，所述熔化电压260～360V，熔化电流2300～6000A，浇铸温度为1760～1850℃，浇铸速度150～1500kg/min，所述的退火工序中采用硅铝空心球作保温介质，退火工序的降温速度0.053～0.098℃/kg·h，所述浇铸成型的铸型用树脂整体砂型，所述的复合工序中采用隔热的、抗高温蜕化变质的氧化铝空心球砖或泡沫氧化铝制品直接镶嵌在加工好的熔铸锆刚玉砖凹槽内。

说明书

技术领域：

本发明属于耐火材料范畴，涉及一种低导热熔铸锆刚玉复合砖及生产方法，产品主要用 于砌筑现代玻璃熔窑的上部结构。

背景技术：

玻璃熔窑上部结构的主要功能是对燃烧火焰的顺畅传播与良好热传导、窑内适当的温度 分布以及废气合理排出的保障。熔铸锆刚玉材料在熔窑上部结构内衬使用较广，可以提高熔 窑寿命，满足玻璃熔化和澄清温度升高要求。由于熔铸锆刚玉而火材料在高温条件下的导热 率很高，如1000℃的导热率高达3.8～4.0W·(m·k)^-1以上。为减少散热损失，节约能源， 在上部结构熔铸锆刚玉砖的外部还需背衬轻质保温砖、硅酸铝陶瓷纤维或硅酸钙板等隔热材 料加以保温的措施。

上述熔铸锆刚玉砖外部背衬的轻质保温砖、硅酸铝隔热纤维或硅酸钙板等隔热材料形成 保温层，保温结构层总厚度通常为139～214mm，造成施工不方便，保温衬层总重量大，不利 于熔窑保温施工和后期维护。而且，根据傅立叶导热定理：q＝-λ·(dT/dx)，q指热流密度 (w/m²)，λ指导热率(W·(m·k)^-1)，dT/dx指温度梯度。热平衡时，导热大的熔铸锆刚玉内 衬层温度梯度小，导热小的背衬保温层温度梯度大。因而，熔铸锆刚玉耐火材料所承受的高 温将传递至与其相邻的轻质保温砖，当处于最内层的轻质保温砖因高温作用发生一定程度的 烧结、蜕化变质时，其导热率发生改变，导致隔热性能退化，会降低熔窑上部结构的长期使 用稳定性。要防止熔铸锆刚玉砖外部背衬的最内层轻质保温砖出现大面积蜕化变质，提高保 温效果，减少表面散热损失，可采用两种技术措施：要么降低熔铸锆刚玉砖的导热率，要么 在最内层轻质保温砖前衬砌不易蜕化变质的优质隔热材料过渡层。

如果采用优质隔热材料与熔铸锆刚玉凹槽砖直接复合的方法，将有助于改善玻璃熔窑上 部结构保温技术。由于复合砖体导热率低，可以有效防止轻质保温砖出现大面积蜕化变质， 减少外部保温层所需厚度及重量，对提高熔窑上部结构效能、稳定性和使用寿命，以及玻璃 工业节能减排的实现具有重要影响。

但是，由于低导热熔铸锆刚玉复合砖的关键致密部分即熔铸锆刚玉凹槽砖的几何形状复 杂，属特异型制品，生产难度很大，热应力分布不均匀，制品十分容易开裂报废。如果沿用 普通熔铸锆刚玉砖的常规工艺，将不能消除制品铸造退火过程中热应力，导致产品开裂等质 量缺陷也不可避免，成品率低，无法组织工业化规模的生产。因而，截至目前尚无工业规模 的批量低导热熔铸锆刚玉复合砖应市。

发明内容：

本发明涉及一种低导热熔铸锆刚玉复合砖及其生产方法，其目的在于克服现有技术的上 述缺陷，为玻璃工业提供优质熔铸锆刚玉凹槽砖与隔热材料相复合制品及其生产方法。本发 明具有导热率低，复合结构稳定，抗侵蚀性能和热稳定性好，抗高温和抗变质性能强的特点。

本发明采用技术方案是：研制一种低导热熔铸锆刚玉复合砖，其特征在于：所述复合砖 致密部分中心呈凹槽状，凹槽四壁厚度为40-80mm，凹槽深度与槽底厚度的尺寸比是 0.2-0.8∶1，凹槽部位中间直接镶嵌隔热、抗高温蜕化变质的氧化铝空心球砖或泡沫氧化铝 制品。

本发明研制一种低导热熔铸锆刚玉复合砖的生产方法，其工艺包括配料、熔融、浇铸成 型、退火、冷加工和复合工序，其特征在于：熔铸锆刚玉凹槽砖配合料中含有10～30％的熔 铸锆刚玉熟料，余量为与熟料同材质的熔铸锆刚玉砖配方生料，在三相电弧炉中熔融配合料， 浇铸成型时的浇铸温度为1760～1850℃，浇铸速度150～1500kg/min，冷却退火的降温速度 0.053～0.098℃/kg·h，铸型采用树脂整体砂型。最后在加工好的熔铸锆刚玉砖凹槽内复合 镶嵌氧化铝空心球砖或泡沫氧化铝制品。

上述的配料工序中，配合料配方中含有10～30％的熔铸锆刚玉熟料，熟料组成为 ZrO₂32.50％，Al₂O₃49.95％，SiO₂15.50％，Na₂O1.45％，其它0.60％，余量为与熟料同材质的熔铸 锆刚玉砖配方生料，即工业氧化铝34.09～43.84％，锆英砂34.51～44.36％，碳酸钠0.92～ 1.19％，上述其它指Fe₂O₃，TiO₂，CaO，MgO，K₂O的总量。

上述的熔融工序中，配合料在三相电弧炉中利用高压强电流进行熔融，电弧炉的熔化电 压260～360V，熔化电流2300～6000A。

本工艺优于现有普通熔铸锆刚玉产品的熔化工艺。由于采用熔融期同步吹氧，减少电弧 炉断弧现象，提高料液熔融质量，相对缩短熔化时间，减少电力消耗，提高了产品的质量。

上述的浇铸成型工序中熔液的浇铸温度为1760～1850℃，浇铸速度150～1500kg/min。

采用树脂整体砂型优于现有的烘烤水玻璃砂模板拼装模工艺，具有常温自硬，高温溃散 的特点，可以较好消解在制品冷凝收缩过程中型芯的机械阻碍应力。

上述的退火工序中采用硅铝空心球作保温介质；

上述的退火工序的降温速度0.053～0.098℃/kg·h。

本工艺优于硅藻土、氧化铝、膨胀蛭石、石英砂等作为制品保温介质的退火方式，使制 品的温差应力大大降低，提高产品质量，同时减少退火工序粉尘污染，改善工作环境。

上述的冷加工工序中采用金刚石研磨、切割机床加工制品。

上述的复合工序中，在加工好的熔铸锆刚玉砖的凹槽部位直接镶嵌抗高温蜕化变质、隔 热的氧化铝空心球砖或泡沫氧化铝制品。

采用本发明工艺制造的低导热熔铸锆刚玉复合砖产品，导热率低，容重小，复合结构稳 定，抗玻璃飞料、碱蒸气侵蚀性能和热稳定性好，抗高温和抗变质性能均强。也可以与玻璃 窑上部结构普通熔铸锆刚玉砖搭配砌筑，只在保温要求高的关键部位使用。

附图说明：

附图1是本发明所述的低导热熔铸锆刚玉复合砖结构示意图；

附图2是图1的A向剖面示意图。

图中的1为氧化铝空心球砖或泡沫氧化铝制品，2为熔铸锆刚玉凹槽砖。

具体实施方式：

实施例1

配料：原料组成中含有10％的熔铸锆刚玉熟料，余量为与熟料同材质的熔铸锆刚玉砖配 方生料，即工业氧化铝43.84％，锆英砂44.36％，碳酸钠1.19％。

制备工艺包括配料、混合、电炉熔融、冷却退火、冷加工和复合。

石英砂、树脂及固化剂用自控高速混合机混合均匀，装入木模型内，经振动成型后制成 模型。

电炉熔融：混匀的配料在三相电弧炉中采用高压强电流进行熔化，熔化电压300V，熔化 电流4800～5000A。

浇铸成型：浇铸温度为1800℃，浇铸速度185kg/min。

铸型用树脂整体砂型。

退火工序：采用硅铝空心球作保温介质；退火工序的降温速度0.056℃/kg·h。

冷加工：采用金刚石研磨、切割机床加工制品。

复合：在加工好的熔铸锆刚玉砖凹槽内镶嵌氧化铝空心球砖。

本发明产品质量好，其理化性能数据如下：

上述产品在医药玻璃熔窑胸墙部位试用，胸墙散热量减少36.8％，达到预期的发明目的。

实施例2

配料：原料组成中含有30％的熔铸锆刚玉熟料，余量为与熟料同材质的熔铸锆刚玉砖配 方生料，即工业氧化铝34.09％，锆英砂34.51％，碳酸钠0.92％.

电炉熔融：混匀的配料在三相电弧炉中采用高压强电流进行熔化，熔化电压320V，熔化 电流4900～5200A。

浇铸成型：浇铸温度为1830℃，浇铸速度195kg/min。

铸型用树脂整体砂型。

退火工序：采用硅铝空心球作保温介质；退火工序的降温速度0.063℃/kg·h。

复合：在加工好的熔铸锆刚玉砖凹槽内镶嵌泡沫氧化铝制品。

本发明产品可用于小炉碹及小炉脖等部位，其理化性能数据如下：