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电熔锆刚玉砖,采用还原法生产时,熔体中的碳含量较高。多时可达0.12%~0.14%。我国大部分厂家采用还原法生产电熔锆刚玉砖,其碳含量在0.33%~0.05%之间,先进国家同类产品的碳含量仅为0.005%,是采用氧化法生产的。
碳的来源有以下几种途径:原料带来的碳,如工业氧化铝通常含有0.01%的碳,但有时其含量高达0.06%~0.2%,熔制过程中电极引起的增碳;含碳的浇铸模型等。
碳对AZS砖有很大的危害性:气孔率随碳含量的增大而增大;容重随碳含量的增大而降低,电熔锆刚玉砖中的碳含量为0.05%和0.12%时,其容重相应为3.68和3.49g/cm3;碳含量高,会降低AZS砖的玻璃相析出温度;抗玻璃侵蚀性降低;熔制玻璃时形成气泡的倾向增大;电熔砖中含有多的以碳化物形式存在的碳,在冷却过程中产生的应力大,成为制品机械强度降低和开裂的因素。
电熔AZS砖中的碳,以结合或元素形式存在,后者约占73%~83%,其余以一氧化碳或二氧化碳的形式存在,也有的认为主要以一氧化碳形式存在。
为了减少碳含量,采用氧化电熔工艺是最合理的。
(1)高电压,长电弧作业。在还原电熔时,石墨电极插入熔液中,不仅使熔液增碳,而且会使配料中的铁、钛氧化物杂质还原成低价氧化物,从而使基质玻璃相的软化温度和粘度降低,使玻璃相的析出温度降低。氧化电熔法是法国首先发明的,其特点是采用长电弧,电极不与熔液接触,作业空间处于氧化气氛中。
博陶德和格罗利尔-巴罗恩曾报道过弧长与成品电熔锆刚玉砖氧化态的关系。当电压增大时,电极与熔液面的距离增大,电弧拉长,石墨电极与熔体不接触或接触很少,所得电熔砖较为氧化。
为保证电压的调节,变压器需设计成多挡,日本的配套变压器有32个档。我国四川重庆潼南电熔AZS砖厂采用1.5t电弧炉,1800kV •A的变压器,设计电压有八挡,范围为121—300V,拉出的弧长为50mm左右。俄罗斯采用OKB-2126A型电熔炉,电压在270V时,碳含量可降低到0.01%~0.02%,此时的弧长为40mm,单位电耗2000kW •h/t,原料消耗1.5t/t,电极消耗40—50kg/t。北京玻璃AZS砖厂采用氧化法电熔41#锆刚玉砖,电压180—210V,电流2000—2500A,1吨熔液的熔融时间为2.5h。
在电流不变时,增加弧长可以创造条件使离子及某化合物与氧再结合。同时还可以将所生成的挥发性氧化物CO和CO2从电弧中引出。但是弧长有一定的限度,一般为30—50mm。过长的电弧会引起电耗的增加。以电流和电弧长度为自变数,以电能消耗和试样中的碳含量为基可选择最佳参数。
(2)向熔体吹氧。吹氧方法可采用正吹、侧吹,氧枪要多位置摆动,,防止吹氧不均。氧枪置于熔液面上,吹氧效果不好,氧枪插入熔液适宜深度,吹氧效果好。氧枪中心管走氧气,外套通循环水,头为多孔式。在保证降碳的前提下,吹氧时间应尽量缩短,长时间吹氧会造成熔液温度下降。熔液中存在过剩的氧,造成制品小针孔,从而降低电熔砖的致密度。
(3)石墨化电极。由于甩极处在氧化气氛中,其燃烧和断头加剧,电极质量不好,掉入熔体中的碳会增多。应用空心电极及电极涂层有利于降低制品中的碳含量。
(4)向配料或熔体中添加氧化剂和实行电炉无碳起燃—电极闭合或放自燃混合剂。
(5)感应搅拌,降低熔池中的温度梯度,强化熔融过程。
(6)采用水冷自身结渣炉衬。该炉衬的炉体不用其他AZS砖,只在炉壳外加水冷却,使熔液在炉壳内衬粘附~层~定强度的耐高温的熔渣,可以避免炉壁过热和炉衬玷污熔液。
采用以上措施可使电熔锆刚玉砖的碳含量降到0.006%以下,玻璃相的析出温度达到1400℃以上。
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