[发明专利]制备熔铸耐火材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备耐火材料方法的领域；更确切地说，本发明涉及制备耐火材料的熔铸法，特别是其中使用改性剂处理熔化炉料的方法。

背景技术

耐火制品例如耐火砖、耐火块和各种不同形状的耐火材料可以由陶瓷材料按照不同的方法来制备。例如通过在高温下烧结陶瓷材料，或通过结合剂使该陶瓷材料粘结在一起。另外，在熔铸法中，首先熔融陶瓷材料，将其注入具有所需尺寸和形状的模具中，在冷却之后从模具中取出耐火材料坯体。适合于熔铸制品的陶瓷材料包括氧化物例如氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钙、氧化铬、氧化镁、碱金属氧化物以及铬矿、锆英石和它们的混合物。

在制备熔铸耐火材料中，在电弧炉中熔化陶瓷材料已经在工业生产中实施，但是也可以使用其它的熔融方法。在电弧方法中，在电极和熔体之间触放电弧。在盛放在顶部敞开或封闭的熔埚或铸桶中的熔体中或上方操作电极，其中该熔埚或铸桶具有盛放陶瓷材料的壁并配备有浇铸槽。

熔铸耐火材料具有许多用途，非常重要的是使用在玻璃工业中，在这里这种耐火材料被用作盛放熔融玻璃的炉和罐的内衬和/或结构材料。

在玻璃制造过程中，耐火材料内衬和熔融玻璃之间的相互作用导致在玻璃中产生气泡、结石和其它缺陷。此外，从耐火材料中渗出并进入玻璃中的不同玻璃相会造成熔体的进一步污染，甚至造成耐火材料的过早破坏。

几十年来，人们一直在努力使耐火材料和熔体之间的化学反应降低到最小。早在1960年以前，在法国专利1,208,577中公开了熔铸耐火材料坯体中的过高的孔隙率和由于石墨导致的氧化物熔体的化学还原这二者将增加上述负面作用，所述的石墨是电弧熔化常用的电极。它进一步公开了通过这样触发电弧可以改善熔铸耐火材料制品的性能，即使电极和熔体分开和提高电极和熔体之间的电弧长度。这种方法被称为“高电弧方法”。高电弧使得由于来自电极的碳和一氧化碳导致的氧化物的还原减至最低。穿过熔体的电弧可以在表面造成扰动，降低耐火制品中的孔隙率。577专利广义地公开了通过使氧化气体例如空气或氧气流过熔体同样可以产生扰动。

此外，沿着这条思路，与上述577专利具有相同受让人的美国专利3,079,452公开了使用空气流有利地更新氧化物熔体上方的气体气氛以除去由于熔体和石墨电极之间的反应而产生的一氧化碳气氛。可以通过在熔埚上配备的空气孔或通气孔例如放液孔加入空气。具有相同受让人的英国专利1,036,893简略描述了一种熔埚，其中在熔体表面的下方引入空气，通过不同于在上述577专利中描述的方法加热熔体。美国专利3,670,391公开了通过用于加热熔体的中空电极加入干燥氩气、氮气或二氧化碳气体也可以改善制品的性能。

美国专利3,703,391涉及一种通过插入用氧化气体加压的水冷却金属喷枪来在熔体中加入该氧化气体的方法。这种通用技术被许多熔铸耐火材料的制造商所接受并一直在使用，一般喷枪被插入熔体中，然后在浇铸之前取出。然而，使用这样的水冷却喷枪在该方法中引入危险因素，因为万一密封开裂或焊接点断裂或发生其它的水冷却系统的破坏，那么由于泄漏进约2000℃温度的熔体中的水快速蒸发将产生爆炸。

因此，如果使用常规的喷枪技术，那么必须进行严格的检验、再检验和安全检查。在391专利中描述了通过使用水冷却的气体喷射小型喷枪造成的这些问题，该小型喷枪可活动地与熔埚中的排出孔连接在一起并用于仅仅在熔体形成之后但是在它被浇铸之前在熔埚被倾斜这段时间中将气体加入熔体中。在另一种方法中，美国专利3,868,241通过仅在熔体被浇铸入模具时使熔体与氧化气体接触从而避免了与直接在熔体中喷入氧化气体有关的问题。

在制备熔铸耐火材料的一般生产周期中，在带壁的熔埚中装满陶瓷材料，触发电弧，熔化该材料，将熔体从熔埚浇铸到模具中或其它的成型部件中，再在熔埚中装满陶瓷材料，熔化该新的陶瓷材料，并浇铸入模具中，等等。熔铸耐火材料的生产周期一般运行几天或几周并且基本上是重复进行的间歇式方法。在生产周期结束时，一般降低或关闭电源，因此两种情况下相当多的残余熔融陶瓷材料在熔埚中凝固。一般通过重新触发电弧，重新熔化来自上一周期的陶瓷残余物等开始下一个周期。

本发明的公开内容

上述使用改性气体处理熔铸熔体的技术中的改进未谈及这样的事实，即有害的氧化物的还原反应可以在整个熔体的操作时间内在熔体中一直持续。在现有技术中，一般没有持续地在整批批料中使用改性气体处理和扰动熔体。