电熔锆刚玉砖

罗钢 20124620123

玻璃窑用电熔锆刚玉砖的熔铸工艺

电熔锆刚玉砖又称AZS，是按Al2O3－Zr02－Sio2三元系相图的三个化学成分，依其含量多少顺序排列的，Al2O3 取A，Zr02取Z，Sio2取S，国家标准采用这个缩写，例如33号熔铸锆刚玉砖，缩写为AZS—33#，36号熔铸锆刚玉砖，缩写为AZS—36#,41号熔铸锆刚玉砖，缩写为AZS—41#。

电熔锆刚玉砖是用纯净的氧化铝粉与含氧化锆65%、二氧化硅34%左右的锆英砂在电熔炉熔内化后注入模型内冷却而形成的的白色固体，其岩相结构由刚玉与锆斜石的共析体和玻璃相组成，从相学上讲是刚玉相和锆斜石相的共析体，玻璃相充填于它们的结晶之间。

电熔锆刚玉砖是将原料完全熔融后浇铸在铸模中，经冷却、凝固而制成的。此产品在冷凝过程中体积收缩造成的缩孔是使用时应特别注意的事项。电熔锆刚玉砖的浇铸方式为普通浇铸、倾斜浇铸、无缩孔浇铸和准无缩孔浇铸。

一熔化工艺

1.AZS原料

AZS用原料有五种：氧化铝、锆英砂、富锆砂、纯碱、硼砂。

1)氧化铝的引入一般选用工业氧化铝，生产要求其含水量应

小于0.3%，烧失量最好小于0.15%，一吨AZS-33电熔砖约

需0.62吨氧化铝。

2) 锆英砂主要引入2ZrO 和2SiO ,但其中还含有少量的2TiO 和

23Fe O ，23Fe O 能使AZS 产品染色，造成粗晶砂眼，同时也

影响开裂，故其含量应小于0.2%,2TiO 影响铸件在冷却过程

中开裂，另外也会影响产品的氧化工艺，故其含量应限制

小于0.2%，吨AZS-33电熔砖约需0.65锆英砂。

3) 富锆砂又称脱硅锆，AZS 中的二氧化硅全部来源于锆英石，

2ZrO 不足部分，由富锆砂补充。

4) 纯碱引入氧化钠，作为AZS 砖的助熔剂，一般采用二级品，一吨AZS-33电熔砖约需20kg 纯碱。

5) 硼砂也是AZS 砖的助熔剂，一吨AZS-33电熔砖约需20kg 硼砂。

2 .电弧炉工作原理

电弧炉炉体由炉底、炉壁、和炉盖三部分组成，从炉盖插入三根石墨电极，成三角形，在三根电极中心投影位置铺上5-10kg 起弧焦，将焦炭拍实后，让三相电极同步下降，一处焦炭，便引发三极同时起弧，起弧后，缓慢加料，以不击断弧为原则，而电流不超过额定值为宜，一般起弧半小时后，电流便能稳定，其后便进入控制期。配合料电阻很大，电弧达到配合料上便产生巨大的热量，以此来时配合料熔融。

3 .AZS 熔化原理

AZS 熔化的工艺目的有四个：是配合料中的氧化铝熔融并重新结晶为刚玉；是锆英石分解后的氧化锆熔融并重新结晶为斜锆石；用钠硼做变性剂，一直莫来石生成并与二氧化硅生成制品所需的玻璃相；制取化学成分均匀，含碳量少，含气泡最少，并具有一定温度和良好浇铸性能的熔液，以便铸出优质产品。

3.1 熔化过程的物理化学反应

1) 氧化铝

12002323C r Al O Al O α︒−−−−→--(固)

2323Al O Al O αα--−−→（固）（液）

液态23Al O α-在冷却时结晶为刚玉

2) 锆英石

其中主要含硅酸锆，按下式分解：

1540422C ZrSiO ZrO Si o ︒−−−−−→+开始

22()ZrO ZrO −−→液

锆英石的熔点是2430度，但在AZS 中的助熔剂作用下则无需这么高的温度，总之氧化锆要由低温晶型（六方晶系）向高温晶型（四方晶型）转化为斜锆石。

3) 纯碱与硼砂

纯碱分解，硼砂分解，然后与锆英石中的二氧化硅及杂质铁钛等熔剂生成硅酸盐玻璃。

2322

247222322223223,10210(,gO)Na CO Na O CO Na B O H O Na O B O H O

SiO Na O B O TiO Fe O CaO M −−→+⋅−−→+++++−−→，硅酸盐玻璃

4) 氧化钠不足

熔体中的部分氧化硅生成莫来石，这是制品中不希望存在的结晶。 2322323+232Al O SiO Al O SiO −−→⋅（莫来石）

5) 熔化过程

由于电极在不断的燃烧，还发生下列反应：

部分氧化硅被炭还原：

2+SiO C SiO CO −−→↑+↑

22+SiO C Si CO ↑−−→↑+

在炉上部较冷的地方，硅被氧化生成二氧化硅，沉淀为白色棉絮状物。 22Si O SiO −−→+↓

2222SiO O SiO −−→+↓

6) 原料潮湿或配合料吸潮

水分在炉内高温作用下分解，产生的氢气边熔解在熔液中，使熔液出现泡沫或不易收缩，从而造成铸件缩孔分散或致密部分出现大量针孔，很多人认为水分会在炉内烘干，但实际观察发现，料层在电弧处直接塌落进入高温熔液，没有干燥阶段，电弧炉温度很高，炉料立即熔结，没有干燥时间，所以炉料必须是干燥无水的才能熔制出致密

产品。

4.熔融工艺

锆刚玉砖的熔融工艺分为还原法和氧化法两种

4.1 还原法

还原法又称埋弧法，是将石墨电极沉埋在炉料中，由于电极在缺乏氧气的气氛中燃烧，便发生一系列的还原反应，使熔体中的某些高价氧化物处于低价的不稳定状态，同时炭也渗入熔体，这最终会使熔体的颜色变暗，如果电弧很短或电极处于半埋弧状态，部分弧光裸露虽能减轻熔体的神坛程度，但也属于还原法的范畴。

4.2 氧化法

电路中的炉料在融化过程中没有被渗碳或电熔渗炭又在浇铸前脱碳，这种最终使熔体不含炭的工艺方法称为氧化法，又称明弧法。因为还原法使锆刚玉砖中有炭的存在，在玻璃窑中使用时，高温炭燃烧发出气体将软化的玻璃相挤出，加速了玻璃液对砖的侵蚀，所以炭的存在对锆刚玉砖的耐侵蚀性是不利的，现在多采用氧化法代替还原法，锆刚玉砖中炭的来源主要是石墨电极在放电时未燃烧而随电弧一起进入炉内的，因此要想办法阻止炭入炉。以下是几种生产中常用得除炭的方法：

4.2.1长电弧法：

即电极不浸在炉熔体内，从而消除了电极和熔体之间的炭的传