AZS熔鑄電熔鋯剛玉磚工藝及生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

李華棟，張國(guó)靖，陳勝英

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250022）

1 AZS電熔鋯剛玉簡(jiǎn)介[1-2]

1.1 電熔鋯剛玉定義

電熔鋯剛玉是用純凈的氧化鋁粉與含氧化鋯質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%、二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)34%左右的鋯英砂在電熔爐內(nèi)熔化后注入模型內(nèi)冷卻而形成的白色固體，其巖相結(jié)構(gòu)由剛玉與鋯斜石的共析體和玻璃相組成，從相學(xué)上講是剛玉相和鋯斜石相的共析體，玻璃相充填于他們的結(jié)晶之間。

1.2 電熔鋯剛玉特性

1）具有1850℃的荷重耐火度；2）硬度接近金剛石（金剛石的莫氏硬度為10，而鋯剛玉的莫氏硬度為9）；3）氧化鋯的結(jié)晶體是串珠狀，在高溫下抵抗玻璃熔液浸蝕能力很強(qiáng)；4）由于本質(zhì)純凈而不污染產(chǎn)品，所以是玻璃及玻璃制品的熔化池不可缺少的耐火材料。隨著我國(guó)玻璃工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)這種材料的需求將會(huì)越來(lái)越大。

電熔鋯剛玉磚的縮寫是AZS，是按A l2O3－Z r 02－S i O2三元系相圖的三個(gè)化學(xué)成分，依其含量多少順序排列的，A l2O3取 A，Z r 02取 Z，S i O2取 S，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用這個(gè)縮寫，例如33號(hào)熔鑄鋯剛玉磚，縮寫為AZS-33#，其余類推。

1.3 電熔鋯剛玉的用途

實(shí)踐認(rèn)為，AZS產(chǎn)品具有良好的作業(yè)特性溫度，應(yīng)限定在1500℃以下，這在現(xiàn)階段的一般玻璃窯上是合適的。但是隨著科學(xué)的發(fā)展和熔鑄，耐火材料工藝的不斷提高，要求開發(fā)更耐高溫、耐侵蝕的新型耐火材料，人們正在不斷地進(jìn)行大量的研究工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與鋯剛玉本身的性質(zhì)這一產(chǎn)品還具有很大的發(fā)展空間。耐火材料是鑄造、冶金、建材、輕工、化工等高溫工業(yè)窯爐所必須的重要基礎(chǔ)材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要經(jīng)濟(jì)部門以及軍事、航天領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

2 AZS電熔鋯剛玉磚的生產(chǎn)工藝[3]

AZS電熔鋯剛玉磚的生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

1）原料：氧化鋁粉、鋯英砂和脫硅鋯等原料及其他原料，經(jīng)驗(yàn)收合格后入庫(kù)備用或送入原材料預(yù)處理。

2）計(jì)算機(jī)進(jìn)行配比：原料車間進(jìn)行處理后按照不同的產(chǎn)品要求對(duì)原料進(jìn)行配比待用。

圖1 AZS電熔鋯剛玉磚生產(chǎn)工藝流程

3）熔化工序：主要按照生產(chǎn)計(jì)劃的要求，將配合好的電熔鋯剛玉原料加入自動(dòng)控制的電弧爐中，在最佳條件下熔化。用單相或三相電弧爐熔融配合料熔體溫度應(yīng)適中，溫度低則不能制得高度均勻的熔體，易使鑄件形成多孔體，使熔鑄制品產(chǎn)生氣孔和裂紋，收縮也相應(yīng)增大。熔化過程的關(guān)鍵是保持穩(wěn)定的熔化溫度制度，制得化學(xué)組成均勻、含碳量少并具有一定溫度和良好澆鑄性能的熔體。熔化過程采用可編程的電腦程序進(jìn)行自動(dòng)熔融過程控制，使熔融充分、均勻。

4）澆注工序：將熔融料注入專門設(shè)計(jì)的產(chǎn)品模具中。制成結(jié)構(gòu)致密和使用性能良好的熔鑄電熔磚。用適當(dāng)過熱的熔體澆鑄時(shí)，熔鑄出來(lái)的鋯剛玉磚的縮孔集中，致密區(qū)的厚度增加，整個(gè)制品的密度也增大。但過熱程度太高時(shí)，雖然熔體密度有所增大，但又易使制品形成裂紋和大縮孔。

5）保溫退火工序：將澆鑄好的磚進(jìn)行緩慢冷卻，使制得的鋯剛玉磚的結(jié)晶體生長(zhǎng)并形成最佳結(jié)構(gòu)。通常采用填有硅藻土等保溫材料的保溫箱帶模退火，或用可調(diào)溫電阻爐或隧道窯按一定的溫度制度帶模或脫模退火。退火的初始溫度和保溫狀況對(duì)退火效果有很明顯的影響。

6）取出工序：退火后的熔鑄剛玉磚利用設(shè)備從型腔內(nèi)取出，進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)。

7）加工工序：逐個(gè)檢驗(yàn)磚的外觀缺陷、磚型尺寸、表面精度，根據(jù)用戶的要求進(jìn)行高精度的研磨加工，保證磚坯的尺寸及表面精度。加工好后進(jìn)行預(yù)組裝，保證好產(chǎn)品尺寸后包裝出廠。

鑄型的制作工序如圖2所示。

根據(jù)用戶要求使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)成木模型，而后通過硅砂填充硬化制作成成品形狀進(jìn)行組裝，組裝好后就進(jìn)入了澆注工序了。

3 AZS電熔鋯剛玉磚的生產(chǎn)線簡(jiǎn)介

圖2 鑄型的制作工序

根據(jù)圖1、圖2工藝流程設(shè)計(jì)了自動(dòng)化生產(chǎn)線，滿足設(shè)備按照工藝流程進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率，節(jié)約了大量的人力，該生產(chǎn)線的成功運(yùn)行有利于國(guó)內(nèi)鑄造鋯剛玉磚的生產(chǎn)發(fā)展。

3.1 AZS電熔鑄鋯剛玉磚主要工位及其作用

生產(chǎn)線主要工位流程：砂箱→砂箱底部填平裝置工位→振實(shí)裝置工位→板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)→砂箱內(nèi)側(cè)周圍填充與振實(shí)供給裝置工位→砂箱上部供給裝置工位→填充完畢后進(jìn)入退火冷卻過程（根據(jù)工藝要求放置幾個(gè)小時(shí)）→冷卻完后進(jìn)行拆箱→合成整砂箱運(yùn)走再次上述生產(chǎn)線進(jìn)行循環(huán)工作。

各工位的作用：

1）砂箱采用型材焊接成整體箱體。

2）砂箱底部填平裝置工位的作用是將砂箱內(nèi)的底部按要求填充一些保溫材料，保溫材料的填加是根據(jù)砂箱的大小進(jìn)行定量填充。該裝置由固定的料斗、上下伸縮的加料筒、定量加料裝置組成。當(dāng)砂箱處于制定位置時(shí)，加料筒在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下下降到砂箱的上平面封住，而后定量加料裝置按照設(shè)定的值進(jìn)行填充，完畢后伸縮筒在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下上升回初始位置，完成整個(gè)工作循環(huán)。

3）振實(shí)裝置工位：該裝置的作用是將底部的保溫材料振實(shí)壓平，盡量保證不留空隙，達(dá)到材料的保溫最佳性能。該裝置由支撐設(shè)備的支架、振實(shí)裝置、升降裝置組成。當(dāng)砂箱處于制定位置時(shí)，升降裝置電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)整個(gè)振實(shí)裝置下降到砂箱底部的保溫材料上面，而后振動(dòng)電機(jī)振實(shí)保溫材料，經(jīng)過設(shè)定時(shí)間后振動(dòng)電機(jī)停止工作，升降裝置將振實(shí)裝置提升到初始位置，完成整個(gè)工作循環(huán)。

4）板鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)：在砂箱運(yùn)行過程中操作人員將磚坯的模型放入砂箱內(nèi)固定，該裝置由驅(qū)動(dòng)裝置、3條輸送鏈、支撐支架、張緊裝置組成，減速電機(jī)通過鏈條驅(qū)動(dòng)同軸的3個(gè)主動(dòng)鏈輪，從而帶動(dòng)3條滾輪鏈同步運(yùn)行將砂箱移送到另一端。

5）砂箱內(nèi)側(cè)周圍填充與振實(shí)供給裝置工位：該裝置作用是將模型周圍進(jìn)行保溫材料的填充，填充完畢后進(jìn)行振實(shí)，此裝置上設(shè)置了機(jī)械手將砂箱抓起振動(dòng)，為了防止振動(dòng)對(duì)基礎(chǔ)造成破壞設(shè)置了空氣彈簧將機(jī)械手升降，消除了振動(dòng)的影響。

6）砂箱上部供給裝置工位：該裝置的作用是將砂箱的上部按要求填充一些保溫材料，將整個(gè)模型都被保溫材料包圍，保溫材料的填加是根據(jù)砂箱的大小進(jìn)行定量填充。該裝置通過兩個(gè)大型氣缸驅(qū)動(dòng)加料裝置沿導(dǎo)向柱升降進(jìn)行物料的填加，整個(gè)過程運(yùn)行平穩(wěn)。

7）退火冷卻過程，填充完畢后根據(jù)工藝要求放置幾個(gè)小時(shí)，冷卻完后進(jìn)行拆箱。

8）拆箱：拆箱裝置橫跨在實(shí)箱線與空箱線上，功能是將組合的砂箱進(jìn)行拆分，這樣脫落下的保溫材料落入設(shè)備下方的皮帶機(jī)上回收到保溫材料箱內(nèi)再次使用。該裝置由龍門式支撐導(dǎo)軌、移動(dòng)裝置、砂箱抓取裝置、升降裝置組成，當(dāng)實(shí)箱線上有砂箱時(shí)，升降裝置將砂箱抓取裝置下降到砂箱的上平面，而后氣缸驅(qū)動(dòng)夾抓將砂箱固定，升降裝置動(dòng)作提升到上部，移動(dòng)裝置將砂箱移動(dòng)到空箱線上等待，而后下部砂箱經(jīng)過一系列的翻轉(zhuǎn)之后達(dá)到裝置的正下方，此時(shí)升降裝置下降將上部砂箱正好與下部砂箱合成一體存放。合成整砂箱運(yùn)走再次上述生產(chǎn)線進(jìn)行循環(huán)工作。

3.2 生產(chǎn)線的控制

整個(gè)生產(chǎn)線全部用各種檢測(cè)元件控制達(dá)到了無(wú)人化控制，自動(dòng)化程度很高。根據(jù)生產(chǎn)線的布置，該生產(chǎn)線電控系統(tǒng)分單元獨(dú)立工作，而每個(gè)控制系統(tǒng)又通過集成系統(tǒng)連接在一起成一個(gè)總控制系統(tǒng)進(jìn)行連鎖控制，保證整條生產(chǎn)線的順利工作。通過觸摸屏及生產(chǎn)線工序的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了全線動(dòng)態(tài)故障診斷。通過人機(jī)對(duì)話能夠?qū)⒄麄€(gè)生產(chǎn)線的動(dòng)作及相關(guān)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在屏幕上，能夠準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)線的運(yùn)行情況及每個(gè)工件在各工位上的狀態(tài)。設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及程序操作全部在動(dòng)態(tài)模擬面板上顯示，并設(shè)故障自動(dòng)診斷處理，一旦生產(chǎn)線上某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并確定位置，便于維修防止故障的擴(kuò)大，保證生產(chǎn)線的順利進(jìn)行提高了生產(chǎn)線的安全運(yùn)行等級(jí)。

4 總 結(jié)

該生產(chǎn)線在用戶中使用狀態(tài)良好，受到了用戶的稱贊，整個(gè)生產(chǎn)線既考慮到車間內(nèi)的空間布置，又考慮到了用戶材料成本。

［1］徐平坤.剛玉耐火材料［M］.第2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［2］王樹初.電熔耐火材料技術(shù)問答［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，.1988.

［3］鄧延欽.電熔鋯剛玉磚的生產(chǎn)技術(shù)［J］.玻璃與搪瓷，1990（02）：29-32.