電熔α-β剛玉磚是應(yīng)用于輕工、建材、電子等玻璃窯爐的高檔電熔耐火材料，其在抗玻璃侵蝕、高溫耐磨、抗發(fā)泡、抗結(jié)石等方面具有比其它材料更加優(yōu)異的性能，尤其是具有對玻璃液幾乎不污染的結(jié)晶構(gòu)造，因此是玻璃熔窯澄清部、工作池、流道、料道等玻璃成形部位的首選耐火材料。
由于電熔α-β剛玉磚的技術(shù)含量高、制造難度大、工藝復(fù)雜，因此在投產(chǎn)初期產(chǎn)品的成品率低，綜合成品率只有50%左右，個(gè)別品種的成品率僅為10%~20%，生產(chǎn)能力受到制約，不能接受更多的訂貨。因此，我們以提高成品率為目標(biāo)，在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，取得了良好的效果。
1、電熔α-β剛玉磚生產(chǎn)工藝簡介
電熔α-β剛玉磚是采用高純煅燒氧化鋁(95%以上)和少量的外加劑，配料后投入到三相電弧爐中，經(jīng)2300℃以上的高溫熔煉后澆鑄到特制的鑄型中，再進(jìn)行保溫退火后取出，取出的毛坯磚經(jīng)過精確的冷加工、預(yù)組裝、檢驗(yàn)之后成為符合客戶需求的制品磚。
2、存在問題及基礎(chǔ)創(chuàng)新過程
2.1無縮孔產(chǎn)品容重不足問題的解決
無縮孔產(chǎn)品是電熔α-β剛玉磚的品種之一，磚形大，多用于池壁等關(guān)鍵部位。容重是其重要的質(zhì)量指標(biāo)，容重不足則意味著產(chǎn)品不合格。在投產(chǎn)初期，因容重不足而造成的廢品率幾乎在同類產(chǎn)品的50%以下。為解決該問題我們從整體著眼，從細(xì)節(jié)入手，在鑄型設(shè)計(jì)、電熔熔融、保溫、化學(xué)成分等方面進(jìn)行了大量的試驗(yàn)、最終解決了該問題。
2.1.1鑄型設(shè)計(jì)方式的改進(jìn)
通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在鑄型設(shè)計(jì)方法上有不完善之處。主要表現(xiàn)在產(chǎn)品冷卻時(shí)沒有構(gòu)成合理的溫度梯度，導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)晶不致密，因此采用了新的鑄型設(shè)計(jì)方式，重點(diǎn)是構(gòu)成合理的溫度梯度，使產(chǎn)品在急冷時(shí)按照順序逐層冷卻。
2.1.2 電熔熔融的改進(jìn)
熔融是電熔耐火材料的關(guān)鍵，提高熔融質(zhì)量對于提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量具有十分重要的作用，通過參考AZS產(chǎn)品的熔融改進(jìn)了熔化方式，使得電爐的熔化質(zhì)量較以前得到了極大的提高，產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量明顯得到了改善，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，電熔熔化改進(jìn)后產(chǎn)品的容重提高1%以上。
2.1.3保溫材料的選擇
由于采用保溫箱中自然退火的方式，因此保溫材料對于產(chǎn)品的冷卻速度具有重要的作用。開始采用的保溫材料的純度不夠，而且熱傳導(dǎo)率太高，在保溫過程中造成溫差大，這對于產(chǎn)品的冷卻時(shí)致命的，不僅會造成產(chǎn)品的裂紋，而且內(nèi)部組織疏松，從而對容重產(chǎn)生不良的影響。為解決該問題，選用了從日本進(jìn)口的性能優(yōu)良的新型保溫材料，不僅使產(chǎn)品的裂紋大為減少，而且內(nèi)部組織的致密度也有了較大的改善。
2.1.4 化學(xué)成分的控制
由于電熔α-β剛玉磚的化學(xué)成分較為單一，為氧化鋁和氧化鈉，氧化鈉含量的高低對產(chǎn)品中α-Al2O3和β-Al2O3含量的比率有重大的影響，而α-Al2O3和β-Al2O3的比重是由差別的，因此，控制氧化鈉的含量可提高產(chǎn)品中α-Al2O3相的比率而使產(chǎn)品的容重提高。
通過以上4個(gè)方面的改進(jìn)，終于解決了容重不足的問題，使容重不足而造成的廢品率降到了5%以下。
2.2 無縮孔產(chǎn)品縮孔超標(biāo)的解決
電熔α-β剛玉磚由于是高溫料液鑄造而成，料液在冷卻過程中會收縮而在磚內(nèi)部產(chǎn)生縮孔，無縮孔產(chǎn)品是通過加大磚的尺寸，控制縮孔的部位，然后把縮孔集中的部位切去，在切斷面上殘留少許的在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的縮孔是允許的，縮孔過大、過多則為廢品。
針對無縮孔產(chǎn)品的縮孔超標(biāo)問題，我們主要在鑄型設(shè)計(jì)、氧化鈉含量的控制、澆鑄作業(yè)3個(gè)方面進(jìn)行了改善。
2.2.1 設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)
無縮孔產(chǎn)品的殘留縮孔無疑與鑄型設(shè)計(jì)密切相關(guān)，過大加大磚的尺寸，縮孔切去的多，但磚發(fā)生裂紋的比率高、成本上升。因此，通過大量的試驗(yàn)，掌握了不同形狀和使用部位的產(chǎn)品的最佳設(shè)計(jì)方案，各方面達(dá)到了合理的平衡。
2.2.2 氧化鈉的控制
氧化鈉的含量在容重不足和縮孔超標(biāo)都有密切的關(guān)系，通過理論分析和大量實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，最終確定了合適的加入量。
2.2.3 澆鑄作業(yè)的改善
對于大型的無縮孔產(chǎn)品，一次澆鑄有時(shí)是不能完成的。需要二次澆鑄。一般的產(chǎn)品由于澆鑄和自身冷卻的原因或造成留在產(chǎn)品內(nèi)部的深度不均的縮孔，也需要二次澆鑄來減少縮孔的深度。通過生產(chǎn)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了最佳的二次澆鑄時(shí)間和需要澆入的料液的質(zhì)量，并且形成了標(biāo)準(zhǔn)化，極大的減少了產(chǎn)品的縮孔。
2.3 ZM-U品質(zhì)改善和制造能力的提高
電熔α-β剛玉磚按成分和內(nèi)部構(gòu)造上分為兩個(gè)品種，一是由α-剛玉和β-剛玉各占50%構(gòu)成的，牌號為ZM-U，二是由100%的β-剛玉構(gòu)成的，牌號為ZM-U。
ZB-U由于全由β-剛玉(氧化鈉飽和)構(gòu)成，因此主要用于玻璃窯爐的上部結(jié)構(gòu)，以抵抗堿蒸氣的侵蝕。但ZB-U與ZM-C相比結(jié)構(gòu)較為疏松、強(qiáng)度低、且玻璃窯爐上部結(jié)構(gòu)的磚多為異型磚、形狀復(fù)雜，因此在制造時(shí)極易產(chǎn)生掉角和裂紋而成為廢品。對產(chǎn)品掉角和裂紋的原因進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)冷卻速度過快是造成這兩種缺陷的根本原因，而冷卻速度過快是由于鑄型材質(zhì)和產(chǎn)品的保溫方式所決定的，具體的改進(jìn)如下：
2.3.1 鑄型材質(zhì)改善
針對原先鑄型材料冷卻速度過快的缺點(diǎn)，通過電腦冷卻模擬和大量的試驗(yàn)，最終選用了國外最新生產(chǎn)的一種耐高溫、且冷卻速度較慢的一種材料、該材料可以經(jīng)受2000℃以上的高溫，而冷卻速度卻只有原來材質(zhì)的60%。通過采用這種鑄型材質(zhì)，產(chǎn)品掉角和裂紋大為降低。
2.3.2 保溫方式改善
與前面第一個(gè)問題中的分析相同，我們也選用了進(jìn)口的相同的性能優(yōu)良的新型保溫材料。同時(shí)，異型產(chǎn)品的掉角和裂紋與其在保溫箱內(nèi)的放置方法有密切關(guān)系，根據(jù)產(chǎn)品冷卻過程中溫度場的分布，計(jì)算得到了最佳的放置方式，使得產(chǎn)品裂紋的發(fā)生率急劇下降。
通過以上兩個(gè)方面的改進(jìn)，使ZB-U的制造能力有了極大的提高，能夠制造玻璃窯爐上部結(jié)構(gòu)的各種產(chǎn)品，成品率達(dá)到了90%以上。
2.4料道磚成品率的提高
料道磚用于瓶罐玻璃窯爐和電視機(jī)玻璃殼窯爐的成形部位(形狀見圖2)，玻璃液經(jīng)過該處后而成形，因此使玻璃窯爐的關(guān)鍵部位，直接關(guān)系到玻璃產(chǎn)品的質(zhì)量。料道磚從形狀上講屬于薄壁產(chǎn)品，低薄(一般在150mm以下)、長度大(多大1000mm以上)，這樣形狀的產(chǎn)品非常容易發(fā)生裂紋。
根據(jù)對該類產(chǎn)品的熱平衡計(jì)算，認(rèn)為要減少產(chǎn)品的裂紋必須減慢產(chǎn)品的冷卻速度，而產(chǎn)品的冷卻速度則與鑄型設(shè)計(jì)、鑄型材質(zhì)、保溫方式、化學(xué)成分緊密相關(guān)的。由于鑄型材質(zhì)、化學(xué)成分前面已經(jīng)做過詳細(xì)敘述，這里不再描述。
2.4.1 鑄性設(shè)計(jì)方式的改變
一個(gè)產(chǎn)品自身的熱量是一定的，在給定保溫材料和最初的澆鑄溫度后，產(chǎn)品是否發(fā)生裂紋取決于冷卻過程中溫度下降的快慢。如果能夠在溫度下降最大的區(qū)間內(nèi)適當(dāng)?shù)慕o產(chǎn)品增加熱量，那么裂紋肯定會大幅減少，通過電腦冷卻模擬和大量的試驗(yàn)，找到了能夠滿足這種要求的特殊的設(shè)計(jì)方法。
2.4.2 保溫方式的改變
與ZM-U產(chǎn)品保溫方式的改善相類似，料道磚的裂紋與其在保溫箱內(nèi)的放置方法也有密切關(guān)系，通過實(shí)驗(yàn)，確定了不同尺寸及異型料道磚的最佳的排列方式，但這與ZM-U產(chǎn)品的放置方式是有本質(zhì)不同的。經(jīng)過以上的改進(jìn)后，料道磚的成品率由不到20%提高、穩(wěn)定在80%以上。
2.5 100mm后普通澆鑄鋪面磚的制造
在浮法窯爐鋪面磚的設(shè)計(jì)中，有一種特殊的設(shè)計(jì)方式，該設(shè)計(jì)中鋪面磚采用普通澆鑄、厚度僅為100mm(通常的設(shè)計(jì)采用75mm的無縮孔產(chǎn)品)，該類鋪面磚的用量極大。由于該類產(chǎn)品自身的熱容量特別小，因此用通常的方法制造的時(shí)候幾乎會100%的發(fā)生裂紋，要解決裂紋還是要從降低產(chǎn)品的冷卻速度出發(fā)。從鑄型材質(zhì)、保溫方式和保溫材料的使用上尋找突破口，鑄型材質(zhì)、保溫材料的選擇與前面所述的類似。在保溫方式的創(chuàng)新方面，通過實(shí)驗(yàn)，確定了與前面不同的、適用于小而薄的直型磚的保溫方式，通過改善使該類鋪面磚的成品率穩(wěn)定在80%以上。
3結(jié)束語
以上的技術(shù)創(chuàng)新是在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。作為引進(jìn)技術(shù)來說，從整體上構(gòu)筑了電熔α-β剛玉磚制造的框架和技術(shù)管理、質(zhì)量控制的理念、使得電熔α-β剛玉磚—投產(chǎn)就能夠制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品，得到客戶的好評。但引進(jìn)技術(shù)在局部也有其不完善之處，一是由于地域的不同，即使用的原材料、各種制造條件與日本有不同之處，這些不同之處就造成了制造上的差異。例如，即便是氣候上的不同也會造成產(chǎn)品在保溫退火方面的偏差。