一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法发明专利

专利名称：一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202310879862.5

专利申请（专利权）人：三门峡电熔刚玉有限责任公司
权利人地址：河南省三门峡市城乡一体化示范区华阳路

专利发明（设计）人：锁东

专利摘要：本发明涉及电熔刚玉技术领域，具体涉及一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法。本发明方法通过在电熔时添加还原剂碳粉，过程中能够对三氧化二铝中的碱金属氧化物杂质进行还原、气化，从而实现电熔致密刚玉的制备，并通过合理的调节碳粉添加的时机、质量，实现对碳粉最大程度的利用，并能够将碱金属氧化物高效的去除，从而得到更高体积密度的电熔致密刚玉，使其具备更加优异的耐火性能以及使用寿命。本发明方法工艺简单、产品成本低、得到性能更加优异的电熔致密刚玉，便于工业生产中使用。

主权利要求：
1.一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、向电弧炉中加入400重量份的三氧化二铝粉体，而后起弧，进行半埋弧作业；
S2、明弧后加入400重量份的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业；
S3、明弧后加入400重量份的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业；
S4、明弧后加入400重量份三氧化二铝粉体与8重量份碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业；
S5、明弧后加入400重量份三氧化二铝粉体与12重量份碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业；
S6、明弧后加入400重量份三氧化二铝粉体与17重量份碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业；
S7、明弧后加入400重量份三氧化二铝粉体与45重量份碳粉搅拌均匀的物料，然后明弧作业，大电流精炼，出炉，即可得到电熔致密刚玉；
所述的S1中，起弧温度控制为2050 2100℃；S1‑S6中，半埋弧作业温度控制为2050~ ~
2100℃；
所述的S7中，大电流控制为7000 8000A；大电流精炼的温度控制为2400 2500℃；得到~ ~3
的电熔致密刚玉冷却后得到的熔块的平均体积密度为3.92g/cm，气孔率≤1.0%。
2.根据权利要求1所述的一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法，其特征在于：所述的S1‑S7中，各步骤时间控制为20 25min。
~
3.根据权利要求1所述的一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法，其特征在于：所述的S4‑S7中，碳粉的指标为灰分＜15%，挥发分＜5%，固定碳粉≥80%，水分＜5%，粒度为20~
50mm。 说明书 : 一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法技术领域[0001] 本发明涉及电熔刚玉技术领域，具体涉及一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法。背景技术[0002] 电熔刚玉是一种以工业氧化铝或煅烧氧化铝为原料基础，通过在电弧炉内高温融化、除去杂质并冷却后所形成的一种熔块，它可作为骨料和基质生产不定形耐火材料，是制作高档耐火材料的重要原料，同时也广泛用于磨料行业，而所制备的熔铸刚玉砖则广泛应用于高温窑炉和高温冶金设备。总体上，电熔法制成的刚玉质材料具有刚玉晶粒完整粗大、化学稳定性高等优良性能，同时具有工艺简单、流程短、产品成本低等优点。而依据生产工艺要求的不同，又可细分为电熔棕刚玉、电熔亚白刚玉、电熔白刚玉、电熔致密刚玉和电熔板状刚玉等不同品种的电熔刚玉。[0003] 电熔致密刚玉是一种高级耐火原料，主晶相大于96%，气孔率小于4%，具有良好的抗酸、碱性能，在高温下具有良好的耐磨、抗侵蚀及体积稳定性，广泛用于钢铁冶金、石油化工、建材陶瓷等行业，主要用作高炉出铁沟耐火捣打料、浇注料的骨料，也是制作炼钢长水口、滑板和各种刚玉砖的优良材料。致密刚玉是采用高纯氧化铝和还原剂按一定配比在电弧炉内经高温熔融后冷却而成的一种新型高纯耐火原料。致密刚玉主晶相为a‑Al2O3，颜色为浅灰色，具有较高的熔点、相当高的体积密度及其非常低的气孔率，在高温下具有优良的耐磨性、抗渣性、体积稳定性和抗热震性能，是刚玉系列耐火原料中最优秀的耐火原料。[0004] 电熔致密刚玉的体积密度越高其耐火性能越好，使用寿命越长，理论体积密度为3.98g/cm³，气孔率≤0.9%，现有的电熔致密刚玉受限于工艺条件，其体积密度为3.88g/cm³左右，气孔率≤1.3%，为了提高其耐火性能及使用寿命，需要进一步的提高电熔致密刚玉的体积密度，因此，本发明提供一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法，以得到更高体积密度的电熔致密刚玉，从而使其具备更加优异的耐火性能以及使用寿命。发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法，以解决现有的电熔致密刚玉体积密度相对较小，产品质量仍有很大提升空间的问题。[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种提高电熔致密刚玉体积密度的工艺方法，包括以下步骤：[0007] S1、向电弧炉中加入400重量份的三氧化二铝粉体，而后起弧，进行半埋弧作业；[0008] S2、明弧后加入400重量份的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业；[0009] S3、明弧后加入400重量份的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业；[0010] S4、明弧后加入400重量份三氧化二铝粉体与8重量份碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业；[0011] S5、明弧后加入400重量份三氧化二铝粉体与12重量份碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业；[0012] S6、明弧后加入400重量份三氧化二铝粉体与17重量份碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业；[0013] S7、明弧后加入400重量份三氧化二铝粉体与45重量份碳粉搅拌均匀的物料，然后明弧作业，大电流精炼，出炉，即可得到电熔致密刚玉。[0014] 进一步地，所述的S1中，起弧温度控制为2050 2100℃；S1‑S6中，半埋弧作业温度~控制为2050 2100℃。~[0015] 进一步地，所述的S1‑S7中，各步骤时间控制为20 25min。~[0016] 进一步地，所述的S4‑S7中，碳粉的指标为灰分＜15%，挥发分＜5%，固定碳粉≥80%，水分＜5%，粒度为20 50mm。~[0017] 进一步地，所述的S7中，大电流控制为7000 8000A。~[0018] 进一步地，所述的S7中，大电流精炼的温度控制为2400 2500℃。~[0019] 进一步地，所述的S7中，得到的电熔致密刚玉冷却后得到的熔块的平均体积密度3为3.92g/cm，气孔率≤1.0%。[0020] 本发明的有益效果：[0021] 1、工艺简单，产品成本低，并能够得到性能更加优异的电熔致密刚玉；[0022] 2、通过对碳粉加入时机以及量的控制，一方面实现了对碳粉的高效利用，实现资源的节约，另一方面也使得得到的电熔致密刚玉质量更好，便于工业生产中使用。具体实施方式[0023] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。[0024] 本发明原理为：[0025] 工业生产中为了获得接近理论密度的低气孔电熔刚玉，需要在电熔时添加还原剂，本发明采用碳粉作为还原剂，碳粉可在较低温度下去除三氧化二铝粉体中的碱金属氧化物杂质。[0026] 在三氧化二铝粉体中含有Na2O、K2O等碱金属氧化物杂质，在电熔的过程中碱金属氧化物被碳粉还原，并在电熔过程中高温气化，而后随炉气排出，从而使熔体致密，而在不添加还原剂时，这部分高温熔融时气化的碱金属，冷却时又残存在刚玉熔块中，形成多孔状产品，气孔率一般为10‑15%，则满足不了工业需求。[0027] 根据氧化物的稳定性与强度的关系及在有碳粉存在下，氧化物标准自由能与温度的关系，在较低温度下，Na2O、K2O便可被C还原成碱金属蒸汽K、Na，熔炼时便能将其充分排除，即可使刚玉熔块致密、纯化。其反应方程式如下：[0028] Na2O+C=2Na↑+CO↑[0029] K2O+C=2K↑+CO↑[0030] 该理论在除尘粉中富集Na、K亦得以证明。[0031] 过程中在第四步开始加入碳粉，这是因为初始时，三氧化二铝的量不是很多，其中所含的杂质也较少，此时若加入碳粉，一方面起到的效果不好，另一方面也造成碳粉的浪费，当工艺进行到第四步时，此时向加入的三氧化二铝中掺入碳粉，于是加入的碳粉和三氧化二铝中的氧化物杂质反应，一方面能够将氧化物杂质很好的去除，另一方面也保证了碳粉的利用效率，使得整个工艺流程更加的经济、合理与高效。[0032] 由于三氧化二铝的熔融温度为2050℃，于是在起弧以及半埋弧作业过程中，需要控制适宜的温度，实际生产中以2050 2100℃为宜，过程中每一步的时间控制为20 25min，~ ~使得反应能够充分的进行，并保证生产效率。[0033] 在实际生产过程中对碳粉的质量有着一定的要求，过程中灰分＜15%，挥发分＜5%，固定碳粉≥80%，水分＜5%，粒度为20 50mm，碳粉质量的控制避免过程中引入过多的杂~质，影响电熔致密刚玉的品质，而对于粒度的控制，则使得碳粉与三氧化二铝粉体混合的更加的充分，均匀，有益于三氧化二铝粉体中氧化物杂质的高效去除。[0034] 在第七步中，为了进一步提高电熔致密刚玉的品质，通过大电流进行精炼，实际生产中电流控制为7000 8000A，在反应过程中电弧炉中剧烈燃烧、翻腾，呈现出爆燃的状态，~于是碳粉与三氧化二铝熔液充分混合，提高对氧化物杂质的去除率，从而得到品质更加优异的电熔致密刚玉。[0035] 实施例1[0036] 一种提高电熔致密刚玉，通过以下工艺制得：[0037] S1、向电弧炉中加入400Kg的三氧化二铝粉体，控制温度为2100℃，而后起弧，进行半埋弧作业，作业时间25min；[0038] S2、明弧后加入400Kg的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业，作业时间25min；[0039] S3、明弧后加入400Kg的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业，作业时间25min；[0040] S4、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与8Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间25min；[0041] S5、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与12Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间25min；[0042] S6、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与17Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间25min；[0043] S7、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与45Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后明弧作业，8000A大电流精炼25min，出炉。[0044] 熔液冷却后得到电熔致密刚玉熔块，经检测，所得的电熔致密刚玉体积密度为33.918g/cm，气孔率0.932%，品质优于市面同类型产品。[0045] 实施例2[0046] 一种提高电熔致密刚玉，通过以下工艺制得：[0047] S1、向电炉中加入400Kg的三氧化二铝粉体，控制温度为2050℃，而后起弧，进行半埋弧作业，作业时间20min；[0048] S2、明弧后加入400Kg的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业，作业时间20min；[0049] S3、明弧后加入400Kg的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业，作业时间20min；[0050] S4、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与8Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间20min；[0051] S5、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与12Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间20min；[0052] S6、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与17Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间20min；[0053] S7、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与45Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后明弧作业，7000A大电流精炼20min，出炉。[0054] 熔液冷却后得到电熔致密刚玉熔块，经检测，所得的电熔致密刚玉体积密度为33.927g/cm，气孔率0.971%，品质优于市面同类型产品。[0055] 实施例3[0056] 一种提高电熔致密刚玉，通过以下工艺制得：[0057] S1、向电炉中加入400Kg的三氧化二铝粉体，控制温度为2080℃，而后起弧，进行半埋弧作业，作业时间24min；[0058] S2、明弧后加入400Kg的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业，作业时间24min；[0059] S3、明弧后加入400Kg的三氧化二铝粉体，然后半埋弧作业，作业时间24min；[0060] S4、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与8Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间24min；[0061] S5、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与12Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间24min；[0062] S6、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与17Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后半埋弧作业，作业时间24min；[0063] S7、明弧后加入400Kg三氧化二铝粉体与45Kg碳粉搅拌均匀的物料，然后明弧作业，7800A大电流精炼24min，出炉。[0064] 熔液冷却后得到电熔致密刚玉熔块，经检测，所得的电熔致密刚玉体积密度为33.922g/cm，气孔率0.953%，品质优于市面同类型产品。[0065] 本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

专利地区：河南

专利申请日期：2023-07-18

专利公开日期：2024-07-30

专利公告号：CN116854489B