熔铸砖的发展主要分为两个阶段。第一阶段:1928~1959年,熔铸耐火制品大量稳定地使用于各种工业窑炉时期,主要采用还原法熔融。第二阶段:1960年法国发明了氧化熔融技术至21世纪,出现了许多高性能的熔铸耐火制品,例如抗玻璃侵蚀很好的氧化法41号锆刚玉砖、对玻璃污染很小的熔铸氧化锆砖、蓄热室用熔铸十字形格子砖等。
中国熔铸制品的发展始于20世纪90年代。通过采用专用大型电弧炉、配套大功率变压器、电脑控制熔化参数、自控氧枪吹氧、大型专用浇铸设备、精密加工设备等,已形成完善的系列熔铸制品的配套生产能力。
熔铸耐火材料在玻璃生产工艺中直接影响着玻璃质量和窑炉的效率与成本。其发展方向是提高耐侵蚀性、减少对玻璃液的污染、减少对环境的污染、节能低碳。如高铬熔铸砖、低玻璃相熔铸砖、低导热熔铸砖等。
熔铸砖种类很多,按其化学成分分为7类。①铝硅系(Al2O3-SiO2),如熔铸莫来石砖。②铝硅锆系(Al2O3-SiO2-ZrO2),如熔铸锆刚玉系列、熔铸锆莫来石系列。③氧化锆(ZrO2)系,如熔铸氧化锆砖。④氧化铝(Al2O3)系,如熔铸刚玉砖、熔铸α氧化铝砖、熔铸β氧化铝砖、熔铸α-β氧化铝砖。⑤镁铬(MgO-Cr2O3)系,如熔铸镁铬砖。⑥氧化铬(Cr2O3)系,如熔铸铬尖晶石砖。⑦镁铝(MgO-Al2O3)系,如熔铸尖晶石砖。
几种主要熔铸砖的性能见表。
玻璃熔窑用主要熔铸耐火材料的典型性能化学成分w/% | 物理性能 |
产品名称 | 代号 | ZrO2 | Al2O3 | SiO2 | 其他 | Na2O | Cr2O3 | MgO | Fe2O3 | 显气孔率/% | 渗出量/% | 体积密度/(g·cm-3) |
熔铸AZS-33砖 | 33 | 33 | 50 | 15 | <2 | - | - | - | - | <2 | <2 | 3.80 |
熔铸AZS-36砖 | 36 | 36 | 49 | 13 | <2 | - | - | - | - | <1.5 | <2 | 3.90 |
熔铸AZS-41砖 | 41 | 41 | 46 | 12 | <1 | - | - | - | - | <1.3 | <2 | 3.95 |
熔铸氧化锆砖 | Z | 94 | 0.5 | 5 | 0.5 | - | - | - | - | 0 | <1 | 5.33 |
熔铸α-β氧化铝砖 | M |
| 94 | 1 | <1 | - | 4 | - | - | 1 | 0 | 3.40 |
熔铸β氧化铝砖 | H |
| 93 |
| <1 | - | 6 | - | - | 2 | 0 | 3.20 |
熔铸铬刚玉砖 | K |
| 58 | 2 | - | - | 28 | 6 | 6 | 10 | 0 | 4.12 |
熔铸铬尖晶石砖 | Cr |
| 8 | 2 | - | - | 76 | 8 | 6 | <1 | 0 | 4.60 |
熔铸铬锆刚玉砖 | AZSC | 26 | 31.5 | 13 | - | 3.5 | 26 | - | - | <3 | - | 4.11 |
与烧结耐火制品比较,熔铸砖内部组织晶粒较大、结构致密、气孔率低、常温和高温强度高,导热性、耐侵蚀性和耐磨性好。例如,熔铸α氧化铝砖高温化学稳定性好,但在碱金属氧化物作用下,可能转化为β氧化铝而发生体积增大。熔铸β氧化铝砖对碱蒸气呈惰性,在不含碱的气氛中易分离出碱而转化为α氧化铝,并因伴有体积收缩而引起砖的碎裂。熔铸α-β氧化铝砖与熔铸β氧化铝砖相比,抗玻璃液的侵蚀能力强,在高温下抗碱蒸气的作用也较好。熔铸锆刚玉砖耐玻璃液侵蚀性强,且随ZrO2含量增加而提高,对玻璃不着色。熔铸铬刚玉砖抗玻璃液侵蚀性最好,Cr2O3含量在13%以下时,对玻璃液的着色不明显。
熔铸砖的生产工艺包括配料、混合、熔化、装模、浇注、退火和精加工等(见图)。熔融所采用的设备有旋涡熔化炉、高频炉、等离子炉和电弧炉等。应用最普遍的是电弧炉,主要采用氧化熔融工艺。物料在电弧炉内熔化后注入耐高温的模型中,浇铸方法分为普通法、倾斜法、准无缩孔法和无缩孔法。在保温箱中或在退火炉中控制退火,以消除内部热应力,最后制品还要经过切割和表面加工,使其符合筑炉要求。在生产上要控制好配料成分、熔化气氛、熔融温度和冷却(退火)条件,以保证生产效率高、符合析晶条件和形成网络结构。
熔铸耐火材料典型工艺流程图