瑞沃讲堂之电熔莫来石砖

2018-02-27 11:28:29 0

  电熔莫来石砖主要由高铝矾土或工业氧化铝、粘土或硅石进行配料,在电弧炉内熔融,再浇铸成型及退火制成的耐火砖,其主要矿物成分是莫来石。

  一、组成

  莫来石组成为3AI2O3·2SiO2——2AI2O3·SiO2,熔融温度约为1827--1890℃间,硬度大。当其高温熔液冷却析晶时,会产生粗大不均匀的结晶倾向,易使电熔莫来石砖产生裂缝。当处于低共熔混合物组成时,熔融后的熔液具有良好的流动性,能够在莫来石析晶时生成均匀细小的结晶,使铸件产生裂缝的可能性减少。因此,电熔莫来石砖的组成应该在AI2O3/SiO2质量比为79/21时为宜。但在生产中还必须考虑到原料中存在着一定数量的杂质成分,它们在高温下与AI2O3,SiO2发生反应,相应地改变了AI2O3和SiO2的比值。因而,实际所取的AI2O3/SiO2比值要稍低些。

  杂质对电熔莫来石砖产生的影响主要有:

  (1)铁的氧化物和TiO2一样,可以部分地进入莫来石固溶体中,对莫来石的熔点影响不大,但增加玻璃含量,并使铸件的玻璃相部分染成深色,降低制品的耐火砖性能。

  (2)碱金属氧化物对莫来石结晶及熔液影响严重,可降低莫来石含量,产生较多的玻璃相。

  (3)氧化钙虽影响较小,但也起阻碍莫来石析晶的作用。

  氧化镁对莫来石析晶影响,次于氧化钙,少量存在时,使析晶混合物中出现以铝尖晶石、堇青石和刚玉等,相应地降低莫来石数量。

  (4)加入木炭或焦炭还原剂在熔融还原过程中可将Fe2O3除去,其余杂质不能被还原除去,主要是进入熔体而存在于玻璃相中。

  二、原料

  通常选用高铝矾土、铁矾土、工业氧化铝及粘土为原料。当采用高铝矾土及铁矾土时,AI2O3/SiO2>3.2% Fe2O3< 1.5% TiO2< 3% CaO< 1%。矾土原料进行预烧,排除结构水,以避免在电弧炉内因水蒸汽集中分解排出时,产生爆鸣并引起喷溅。

  三、配料

  正确选择配料组成是制取莫来石含量高,刚玉和玻璃相量少的电熔莫来石砖的重要工艺条件。配料的铝硅系数(AI2O3/SiO2质量比)表征配料中AI2O3和SiO2的相对含量。从理论上分析,应该采用莫来石固溶体临界组成时的硅铝系数(2.8-2.9)。但在高温熔融时,SiO2的挥发和还原反应要消耗一部分SiO2,使配料中Al2O3的含量相对提高。因此,在实际配料中,铝硅系数的控制值比理论值低,一般可取2.50左右

  还原剂加入量视原料中Fe2O3含量而定,不宜过多,通常还原1kg的铁约需0.225kg的活性炭。若加入量过多,必然会使SiO2被还原的数量过多,影响莫来石数量。为使熔融过程中产生的气体易于逸出,在配料中还应加入适量木屑。

  四、熔融

  熔融的主要设备为电弧炉,有固定式和倾动式两种。在工业生产中,常用的是倾动式单相或三相电弧炉。采用低电压、高电流电力制度,一般电压为150——190V,电流强度达1600——2000A。熔融温度在1900——2200℃之间。电能消耗约为2500——3000kWh/t制品。

  五、浇注

  将熔液注入一定形状和尺寸的模型中,经冷却成为有一定形状和尺寸的结构致密、组织均一的制品。铸件应具有尽可能精确的尺寸,以便使加工量最小。浇注用模型是以纯度较高的石英砂(型砂SiO2含量>96%),加入适量(5--7%)的结合剂(水玻璃、纸浆废液、亚麻油及棉籽油等),混合成型经干燥而成。

  六、热处理

  是制得含有大量给定的结晶相和少量玻璃的铸块。经热处理后的铸块应该具有足够的强度而无过大的内应力。热处理一般分为结晶和退火两个阶段。

  (1)结晶。对于电熔莫来石砖,希望制品内部的莫来石结晶呈纤维状或细小晶粒,均匀分布。决定晶粒大小的主要因素是冷却速度。从Al2O3——SiO2系平衡图的研究可知,莫来石为一致熔融化合物,从熔液中直接凝固析晶,并不预先析出刚玉。但是当熔液中含有一定数量的熔剂时,熔融物在冷却时首先析出刚玉,而莫来石晶体要在1750——1800℃以下才开始稳定地析出。所以应保持在熔融物开始析晶至1800℃之间的温度范围内迅速冷却,而在低于莫来石开始析晶的温度,给予适当的保温时间,或充分的缓慢冷却,以使早期析出的刚玉晶粒有足够时间与熔液作用形成莫来石,从而使制品中的莫来石有最大的含量。

  (2) 退火(铸件的冷却)。析晶后铸件在冷却过程中,由于各部分散热不均匀,使铸件内部存在温度梯度,产生很大应力,会造成开裂或缺棱、缺角的废品。冷却速度越大,废品产生的倾向也越大。因此,铸件必须绥慢冷却。

  退火的方法有两种,自退火及外部供热退火。自退火是依靠铸模外部的良好隔热层,常用蛭石作隔热保温材料层。冷却速度可由隔热层的厚度来调正。缓冷温度范围,主要是在1800——1100℃,一般控制在60到70℃/h。外部供热退火常采用隧道式退火炉,冷却速度可控制在小于100——150℃/h。

  七、机械加工

  由于模型形状不够正确,浇注时上下收缩不一致,产生缩孔,以及铸口及表面皱折等,均需进行切割加工,才能使用。但铸件硬度很大,加工很困难。通常采用酚醛树脂结合的粗粒金刚石砂轮切割。

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