CN101955366A - 高性能大面积耐火中空棚板窑具及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高性能大面积耐火中空棚板窑具及其生产方法。包括骨料30-80wt%和复合基质料20-70wt%，以骨料和复合基质料的总量100%计，外加：晶核剂5-15wt%，增韧剂1.0-12wt%，润滑剂0.1-1.5wt%，粘结剂0.5-5wt%，水为物料总和的13-20wt%，所述棚板窑具为含有长、宽和厚的长方体板材，在宽度方向上均匀设有一排平行于长度方向的通孔，通孔位于厚度方向的中间。具有重量轻，板面承受重量提高，节能效果显著，高温下不易弯曲，耐急冷急热性能好，使用寿命长等特点，可以适应陶瓷产品的快速烧成。

Description

高性能大面积耐火中空棚板窑具及其生产方法

技术领域

 本发明涉及一种耐火棚板窑具，具体是一种高性能大面积耐火中空棚板窑具及其生产方法。

背景技术

耐火棚板窑具，一般采用耐火材料经压制成型后再经高温烧制而成。现有的耐火棚板窑具，由于材料及工艺的关系，通常制成实芯的板块。相对于中空棚板窑具，在单位面积重量相同的情况下，实芯棚板窑具存在承载能力低及热稳定性差等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有实芯棚板窑具的缺点，提供一种高性能大面积耐火中空棚板窑具及其生产方法。

本发明所述的高性能大面积耐火中空棚板窑具，其制备的原辅材料包括骨料30-80wt%和结合复合基质料20-70 wt%，以骨料和复合基质料的总量100%计，外加：晶核剂5-15wt%，增韧剂1.0-12wt%，润滑剂0.1-1.5 wt%，粘结剂0.5-5wt%，水为物料总和的13-20wt%，其中： 

（A）骨料为主晶相材料，包括：2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂、3Al₂O₃·2SiO ₂ 、煅烧高岭土骨料、Al₂O₃·TiO₂和Al₂O₃·SiO₂矿物（包括：硅线石、红柱石、蓝晶石三种同质异相的矿物），其中，Al₂O₃·TiO₂骨料占主晶相材料的0-15wt%；2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂骨料占主晶相材料的8-30wt%；3Al₂O₃·2SiO₂骨料占主晶相材料的10-20wt%；Al₂O₃·SiO₂骨料占主晶相材料的5-20wt%；煅烧高岭土骨料占主晶相材料的40-70wt%,上述骨料的粒径≤0.71mm；

（B）复合基质料，包括：基质料和调整成分用的耐火粉末，其中，基质料包括氧化镁质细粉、三氧化二铝微粉、耐火粘土和高岭土，氧化镁质细粉为滑石、蛇纹石、镁质粘土或/和绿泥石，占基质料的15-30wt%；三氧化二铝微粉为氧化铝微粉/和铝矾土，占基质料的5-30wt%；耐火粘土为软质粘土或/和硬质粘土，占基质料的20-40wt%；高岭土为高岭土、高岭石或/和煅烧高岭土，占基质料的15-50wt%，上述物料的粒度要求通过325目；用于调整MgO、Al₂O₃、SiO₂成份的耐火粉末由氧化镁质微粉、SiO₂微粉、a-Al₂O₃、刚玉微粉组成，其中，氧化镁质微粉用量为10-30 wt%；a-Al₂O₃或/和刚玉微粉用量为10-35wt%；SiO₂微粉用量为 50-65wt%；以基质料100%计，调整成分用的耐火粉末加入量为基质料的30-50 wt%，

（C）晶核剂为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂或Li₂CO_3，，粒度要求通过500目；

（D）增韧剂为ZrO₂，粒度要求通过500目；

（E）润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、石蜡、微晶石蜡或/和煤油；

（F）粘结剂为糊精、桐油、聚乙烯醇、甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素或/和亚硫酸纸浆废液。

本发明所述一种高性能大面积耐火中空棚板窑具，其形状为含有长、宽和厚的长方体板材，在宽度方向上均匀设有一排平行于长度方向的通孔，通孔位于厚度方向的中间。

本发明所述制备高性能大面积耐火中空棚板窑具的方法，其工艺包括：

（1）配料，同上； 

（2）混合配料：（A）将基质料和耐火粉末混合，得复合基质料，然后再将增韧剂和晶核剂加入复合基质料，混合搅拌均匀，得A料；（B）将主晶相材料混合得骨料，然后将润滑剂、粘结剂和水加入骨料中，混合搅拌均匀，得B料；（C）将A料和B料混合搅拌均匀；

（3）真空练泥，将工艺（2）所述物料在真空练泥搅拌机中搅拌，真空度≤0.095Mpa；

（4）挤出成型，利用模具及成型挤出机，挤出成型；

（5）干燥，干燥后含水量≤1%；

（6）烧成，产品经干燥后于高温炉中晶化烧成，当温度升至1390℃-1400℃时，保温15小时。

本发明，具有如下积极效果：

1、 重量减轻约30-50%，板面承受重量大幅度提高。例如，25mm厚的中空棚板单位面积的重量与16mm厚的普通棚板相当，但板面（单位面积）承载重量却是后者的3倍； 38mm厚的中空棚板单位面积的重量与21mm厚的普通棚板相当，但板面（单位面积）承载重量却是后者的5倍；46mm厚的中空棚板单位面积的重量与23mm厚的普通棚板相当，但板面（单位面积）承载重量却是后者的8倍；

2、节能效果十分显著。使用结果表明，在梭式窑中使用中空棚板烧成微晶石材时，燃烧消耗至少可以减少30%，最多可达到70%左右；

3、高温下不易弯曲。1200mm长的热金宝中空棚板以碳化硅横梁支撑，使用时几乎不会发生变形，绝对能保证大规格微晶石材的平整度；

4、相同板面的散热面积是普通棚板的2倍以上，因此耐急冷急热性能更好，使用寿命长，而且可以适应陶瓷产品的快速烧成。

附图说明

图1为实施例一种高性能大面积耐火中空棚板窑具的结构示意图（横截面视图），图2为图1之Q部放大图。

图中，a、棚板厚度   b、通孔宽度   c、通孔高度   d、孔距   e、棚板宽度。

具体实施方式

实施例1、一种高性能大面积耐火中空棚板窑具（企业自编型号：CMH）。其制备的原辅材料包括骨料42wt%和复基质料58 wt%，以骨料和复合基质料的总量100%计，外加：晶核剂10wt%，增韧剂5wt%，润滑剂0.8 wt%，粘结剂2wt%，水为物料总和的18wt%，其中： 

（1）骨料为主晶相材料，包括： MgO·2Al₂O₃·5SiO₂骨料（以堇青石矿物加入，加入时要考虑成分含量，下同）占主晶相材料的10wt%；3Al₂O₃·2SiO₂骨料（以莫来石矿物加入）占主晶相材料的10wt%；Al₂O₃·SiO₂骨料（包括：硅线石、红柱石、蓝晶石三种同质异相的矿物）占主晶相材料的20wt%；煅烧高岭土骨料占主晶相材料的60wt%,上述骨料的粒径≤0.71mm；

（2）复合基质料，包括：基质料和调整成分用的耐火粉末，其中，基质料包括氧化镁质细粉、三氧化二铝微粉、耐火粘土和高岭土，氧化镁质细粉选用滑石、蛇纹石、镁质粘土或/和绿泥石，占基质料的20wt%；三氧化二铝微粉选用氧化铝微粉或/和铝矾土，占基质料的8wt%；耐火粘土选用软质粘土或/和硬质粘土，占基质料的32wt%；高岭土选用高岭土、高岭石或/和煅烧高岭土，占基质料的40wt%，上述物料的粒度要求通过325目；用于调整MgO、Al₂O₃、SiO₂成份的耐火粉末由氧化镁质微粉、SiO₂微粉、a-Al₂O₃、刚玉微粉组成，其中，氧化镁质微粉用量为25 wt%；a-Al₂O₃或/和刚玉微粉用量为15 wt%；SiO₂微粉用量为 60 wt%；以基质料100%计，调整成分用的耐火粉末加入量为基质料的35wt%，

（3）晶核剂选用2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂或Li₂CO_3，，粒度要求通过500目；

（4）增韧剂选用ZrO₂，粒度要求通过500目；

（5）润滑剂选用硬脂酸、硬脂酸金属盐、石蜡、微晶石蜡和煤油中的一种；

（6）粘结剂选用糊精、桐油、聚乙烯醇、甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素和亚硫酸纸浆废液中的一种。

实施例2、一种高性能大面积耐火中空棚板窑具（企业自编型号：CMA）。其制备的原辅材料包括骨料45wt%和复基质料55 wt%，以骨料和复合基质料的总量100%计，外加：晶核剂8wt%，增韧剂8wt%，润滑剂0.8 wt%，粘结剂2.5wt%，水为物料总和的17wt%，其中： 

（1）骨料为主晶相材料，包括：MgO·2Al₂O₃·5SiO₂骨料（以堇青石矿物加入，加入时要考虑成分含量，下同）占主晶相材料的10wt%；3Al₂O₃·2SiO₂骨料（以莫来石矿物加入）占主晶相材料的10wt%；Al₂O₃·SiO₂骨料（包括：硅线石、红柱石、蓝晶石三种同质异相的矿物）占主晶相材料的20wt%；煅烧高岭土骨料占主晶相材料的60wt%,上述骨料的粒径≤0.71mm；

（2）复合基质料，包括：基质料和调整成分用的耐火粉末，其中，基质料包括氧化镁质细粉、三氧化二铝微粉、耐火粘土和高岭土，氧化镁质细粉选用滑石、蛇纹石、镁质粘土或/和绿泥石，占基质料的27wt%；三氧化二铝微粉选用氧化铝微粉或/和铝矾土，占基质料的30wt%；耐火粘土选用软质粘土或/和硬质粘土，占基质料的25wt%；高岭土选用高岭土、高岭石或/和煅烧高岭土，占基质料的18wt%，上述物料的粒度要求通过325目；用于调整MgO、Al₂O₃、SiO₂成份的耐火粉末由氧化镁质微粉、SiO₂微粉、a-Al₂O₃、刚玉微粉组成，其中，氧化镁质微粉用量为19 wt%；a-Al₂O₃或/和刚玉微粉用量为31 wt%；SiO₂微粉用量为 50 wt%；以基质料100%计，调整成分用的耐火粉末加入量为基质料的35wt%，

（3）晶核剂选用2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂或Li₂CO_3，，粒度要求通过500目；

（4）增韧剂选用ZrO₂，粒度要求通过500目；

（5）润滑剂选用硬脂酸、硬脂酸金属盐、石蜡、微晶石蜡和煤油中的一种；

（6）粘结剂选用糊精、桐油、聚乙烯醇、甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素和亚硫酸纸浆废液中的一种。

实施例3、参照图1-2，本实施例所述耐火中空棚板窑具，为含有长、宽e和厚a的长方体板材，长度为2000mm，宽度为1100mm；在宽度方向上均匀设有一排平行于长度方向的通孔，通孔位于厚度方向的中间，通孔的宽度为d，通孔的高度为c，孔距为d。可根据客户要求，生产出各种厚度规格的棚板窑具。例如，当厚度a为25mm时，通孔的宽度b为16mm，通孔的高度c为12mm，孔距d为10mm；当厚度a为38mm时，通孔的宽度b为29.5mm，通孔的高度c为21mm，孔距d为10mm；当厚度a为46mm时，通孔的宽度b为29.mm，通孔的高度c为26mm，孔距d为11mm。

实施例4、由实施例1所述的原料制备实施例3所述耐火中空棚板窑具（以厚度a为38mm为例）的方法，其工艺包括：

（1）配料：按实施例1的方法备料、配料；

（2）混合配料：（A）将实施例1所述基质料和耐火粉末混合，得复合基质料，然后再将实施例1所述增韧剂和晶核剂加入复合基质料，搅拌混合均匀，得A料；（B）将实施例1所述主晶相材料混合得骨料，然后将实施例1所述润滑剂、粘结剂和水加入骨料中，搅拌混合均匀，得B料；（C）将A料和B料搅拌混合均匀；

（3）真空练泥，将工艺（2）所述物料在真空练泥搅拌机中搅拌，真空度≤0.095Mpa；

（4）挤出成型，利用模具及成型挤出机，挤出成型；

（5）干燥，干燥后含水量≤1%；

（6）烧成，产品经干燥后于高温炉中晶化烧成，当温度升至1390℃-1400℃时，保温15小时。

由实施例4制备的耐火中空棚板窑具（企业自编型号：CMH），其主要技术指标如下：

（1）    最高工作温度≤1300℃；

（2）   体积密度≤1.90 g/cm³；

（3）   显气孔率≤28%；

（4）   20℃抗折强度≥18 MPa；

（5）   1250℃抗折强度≥13 MPa；

（6）   20℃时的比热≥1.0 kJ/kg.K；

（7）   膨胀系数(20℃~1000℃) ≤2.6  10^-6/K^-1；

（8）   热震稳定性(1000℃水冷) ≥20次；

（9）   矿相组成：莫来石相(Mullite)：15-25%；堇青石相(Cordierite)：55-70%；玻璃相(Amorphous)：5-10%；

（10）   化学成分：Al₂O₃：35-37%；SiO₂ ：53-56%；MgO：7.5-8.5%。

实施例5、由实施例2所述的原料制备实施例3所述耐火中空棚板窑具（以厚度a为38mm为例）的方法，其工艺包括：

（1）配料：按实施例2的方法备料、配料；

（2）混合配料：（A）将实施例2所述基质料和耐火粉末混合，得复合基质料，然后再将实施例2所述增韧剂和晶核剂加入复合基质料，搅拌混合均匀，得A料；（B）将实施例2所述主晶相材料混合得骨料，然后将实施例2所述润滑剂、粘结剂和水加入骨料中，搅拌混合均匀，得B料；（C）将A料和B料搅拌混合均匀；

（3）真空练泥，将工艺（2）所述物料在真空练泥搅拌机中搅拌，真空度≤0.095Mpa；

（4）挤出成型，利用模具及成型挤出机，挤出成型；

（5）干燥，干燥后含水量≤1%；

（6）烧成，产品经干燥后于高温炉中晶化烧成，当温度升至1390℃-1400℃时，保温15小时。

由实施例5制备的耐火中空棚板窑具（企业自编型号：CMA），其主要技术指标如下：

（1）最高工作温度≤1350℃；

（2）体积密度≤2.00 g/cm³；

（3）显气孔率≤26%；

（4）20℃抗折强度≥17 MPa；

（5）1250℃抗折强度≥16 MPa；

（6）20℃时的比热≥1.1 kJ/kg.K；

（7）膨胀系数(20℃~1000℃) ≤3.1  10^-6/K^-1；

（8）热震稳定性(1000℃水冷) ≥20次；

（9）矿相组成：莫来石相(Mullite)：40-45%；堇青石相(Cordierite)：40-45%；玻璃相(Amorphous)：10-20%；

（10）化学成分：Al₂O₃：43-46%；SiO₂ ：43-46%；MgO：6.0-7.3%。

Claims (6)

1.一种高性能大面积耐火中空棚板窑具，其制备的原辅材料包括骨料30-80wt%和复合基质料20-70 wt%，以骨料和复合基质料的总量100%计，外加：晶核剂5-15wt%，增韧剂1.0-12wt%，润滑剂0.1-1.5 wt%，粘结剂0.5-5wt%，水为物料总和的13-20wt%，其中： 

（A）骨料为主晶相材料，包括：2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂、3Al₂O₃·2SiO ₂ 、煅烧高岭土骨料、Al₂O₃·TiO₂和Al₂O₃·SiO₂矿物，其中，Al₂O₃·TiO₂骨料占主晶相材料的0-15wt%；2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂骨料占主晶相材料的8-30wt%；3Al₂O₃·2SiO₂骨料占主晶相材料的10-20wt%；Al₂O₃·SiO₂骨料占主晶相材料的5-20wt%；煅烧高岭土骨料占主晶相材料的40-70wt%,上述骨料的粒径≤0.71mm；

（B）复合基质料，包括：基质料和调整成分用的耐火粉末，其中，基质料包括氧化镁质细粉、三氧化二铝微粉、耐火粘土和高岭土，氧化镁质细粉为滑石、蛇纹石、镁质粘土或/和绿泥石，占基质料的15-30wt%；三氧化二铝微粉为氧化铝微粉/和铝矾土，占基质料的5-30wt%；耐火粘土为软质粘土或/和硬质粘土，占基质料的20-40wt%；高岭土为高岭土、高岭石或/和煅烧高岭土，占基质料的15-50wt%，上述物料的粒度要求通过325目；用于调整MgO、Al₂O₃、SiO₂成份的耐火粉末由氧化镁质微粉、SiO₂微粉、a-Al₂O₃、刚玉微粉组成，其中，氧化镁质微粉用量为10-30 wt%；a-Al₂O₃或/和刚玉微粉用量为10-35wt%；SiO₂微粉用量为 50-65wt%；以基质料100%计，调整成分用的耐火粉末加入量为基质料的30-50wt%，

（C）晶核剂为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂或Li₂CO_3，，粒度要求通过500目；

（D）增韧剂为ZrO₂，粒度要求通过500目；

（E）润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、石蜡、微晶石蜡或/和煤油；

（F）粘结剂为糊精、桐油、聚乙烯醇、甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素或/和亚硫酸纸浆废液。

2.根据权利要求1所述的高性能大面积耐火中空棚板窑具，其特征在于：所述棚板窑具为含有长、宽和厚的长方体板材，在宽度方向上均匀设有一排平行于长度方向的通孔，通孔位于厚度方向的中间。

3.根据权利要求2所述的高性能大面积耐火中空棚板窑具，其特征在于：所述棚板窑具的长度≤2000mm，宽度≤1100mm；厚度（a）为25mm，通孔的宽度（b）为16mm，通孔的高度（c）为12mm，孔距（d）为10mm。

4.根据权利要求2所述的高性能大面积耐火中空棚板窑具，其特征在于：所述棚板窑具的长度≤2000mm，宽度≤1100mm；厚度（a）为38mm，通孔的宽度（b）为29.5mm，通孔的高度（c）为21mm，孔距（d）为10mm。

5.根据权利要求2所述的高性能大面积耐火中空棚板窑具，其特征在于：所述棚板窑具的长度≤2000mm，宽度≤1100mm；厚度（a）为46mm，通孔的宽度（b）为29.5mm，通孔的高度（c）为26mm，孔距（d）为11mm。

6.一种高性能大面积耐火中空棚板窑具的制备方法，其工艺包括：

（1）配料：原料包括骨料30-80wt%和结合复合基质料20-70 wt%，以骨料和复合基质料的总量100%计，外加：晶核剂5-15wt%，增韧剂1.0-12wt%，润滑剂0.1-1.5 wt%，粘结剂0.5-5wt%，水为物料总和的13-20wt%，其中： 

（A）骨料为主晶相材料，包括：2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂、3Al₂O₃·2SiO ₂ 、煅烧高岭土骨料、Al₂O₃·TiO₂和Al₂O₃·SiO₂矿物，其中，Al₂O₃·TiO₂骨料占主晶相材料的0-15wt%；2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂骨料占主晶相材料的8-30wt%；3Al₂O₃·2SiO₂骨料占主晶相材料的10-20wt%；Al₂O₃·SiO₂骨料占主晶相材料的5-20wt%；煅烧高岭土骨料占主晶相材料的40-70wt%,上述骨料的粒径≤0.71mm；

（B）复合基质料，包括：基质料和调整成分用的耐火粉末，其中，基质料包括氧化镁质细粉、三氧化二铝微粉、耐火粘土和高岭土，氧化镁质细粉为滑石、蛇纹石、镁质粘土或/和绿泥石，占基质料的15-30wt%；三氧化二铝微粉为氧化铝微粉/和铝矾土，占基质料的5-30wt%；耐火粘土为软质粘土或/和硬质粘土，占基质料的20-40wt%；高岭土为高岭土、高岭石或/和煅烧高岭土，占基质料的15-50wt%，上述物料的粒度要求通过325目；用于调整MgO、Al₂O₃、SiO₂成份的耐火粉末由氧化镁质微粉、SiO₂微粉、a-Al₂O₃、刚玉微粉组成，其中，氧化镁质微粉用量为10-30 wt%；a-Al₂O₃或/和刚玉微粉用量为10-35wt%；SiO₂微粉用量为 50-65wt%；以基质料100%计，调整成分用的耐火粉末加入量为基质料的30-50wt%，

（C）晶核剂为2MgO·2Al₂O₃·5SiO₂或Li₂CO_3，，粒度要求通过500目；

（D）增韧剂为ZrO₂，粒度要求通过500目；

（E）润滑剂为硬脂酸、硬脂酸金属盐、石蜡、微晶石蜡或/和煤油；

（F）粘结剂为糊精、桐油、聚乙烯醇、甲基纤维素（MC）、羧甲基纤维素（CMC）、羟丙基甲基纤维素或/和亚硫酸纸浆废液；

（2）混合配料：（A）将基质料和耐火粉末混合，得复合基质料，然后再将增韧剂和晶核剂加入复合基质料，搅拌混合均匀，得A料；（B）将主晶相材料混合得骨料，然后将润滑剂、粘结剂和水加入骨料中，搅拌混合均匀，得B料；（C）将A料和B料搅拌混合均匀；

（3）真空练泥，将工艺（2）所述物料在真空练泥搅拌机中搅拌，真空度≤0.095Mpa；

（4）挤出成型，利用模具及成型挤出机，挤出成型；

（5）干燥，干燥后含水量≤1%；

（6）烧成，产品经干燥后于高温炉中晶化烧成，当温度升至1390℃-1400℃时，保温15小时。

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