CN102249710A - 一种低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒的制造方法，采用莫来石晶须原位增强和晶界玻璃相结晶化技术，通过加入含锆钛系矿化剂，促使坯料中的红柱石矿物微粒在高岭土与α-Al₂O₃高温反应原位生成分布均匀的莫来石晶须，并在冷却过程中进行热处理，促使晶界液相结晶，相比现今同类型高温陶瓷辊棒，其在1350℃下的高温强度提高15～20％，1350℃×50hr条件下高温蠕变降低35％以上，最终制成低蠕变、高强度、耐高温陶瓷辊棒。

Description

一种低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒的制造方法

技术领域

    本发明属于无机非金属材料（陶瓷）领域，具体涉及一种低蠕变高强度耐

高温陶瓷辊棒的制造方法。

背景技术

陶瓷辊棒是指以粘土质耐火原料与天然矿物原料经过精选、粉碎、成形、煅烧等过程而制成的耐火制品。通常，生产陶瓷辊棒的主要原料有高岭土、耐火粘土、α-Al₂O₃以及耐火刚玉骨料等。直到今天，辊道窑用陶瓷辊大多还以莫来石-刚玉、莫来石-刚玉-斜锆石为主材质。在这一材质中，耐火刚玉做骨料，高岭土与α-Al₂O₃高温反应合成莫来石和少量玻璃相作为结合体（基体），基体中还有一定数量的气孔。由于受制造技术和烧成温度的限制，所制得陶瓷辊棒材料结构中主晶相莫来石晶体之间结合力不强，再加上存在较多的玻璃相和气孔，致使材料高温强度偏低蠕变较大，仅可以在1300℃以下的温度和负荷不大的场合使用，严重制约着这一连续、高效、节能型辊道窑的发展和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒的制造方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：一种低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒的制造方法，采用天然矿物原料及工业化工原料，包括以下步骤：

第一步：按重量百分比在100份红柱石精矿中添加5～20％蓝晶石、1～10％ZrO₂、1～10％TiO₂以及5～20％AlF，经振动球磨制得粒径＜10微米的含锆钛系矿化剂红柱石原料备用；

第二步：按重量百分比将15～25％的高岭土、5～15％的耐火粘土、15～25

％的α-Al₂O₃微粉、3～10％的硅酸锆以及10～20％上述含锆钛系矿化剂红柱石，投入球磨机中球磨混合4～6小时，混合后的浆料经过筛除铁后加入30～40％的耐火刚玉，搅拌均匀后经榨泥、练泥、陈化、成形、干燥备用；

第三步：将干燥后的坯管于1550～1650℃中焙烧，保温5～10小时后冷却，在1470～1370℃的温度区间内作2～4hr的保温、在1370～1070℃的温度区间作3～6hr的缓慢冷却、在1070～700℃的温度区间作0.5～1.5hr的急速冷却、最后自然冷却、出窑，制得1350℃×50hr条件下高温蠕变率小于0.64％的陶瓷辊棒产品。

本发明在高温烧成的陶瓷辊棒的冷却区间1470～700℃进行热处理，采用保温、缓慢冷却和快速冷却的方式，在ZrO₂成核剂和TiO₂等物质的作用下，促使存在于莫来石晶体之间的液相结晶，从而降低陶瓷辊棒的高温蠕变，提高陶瓷辊棒的高温性能，延长陶瓷辊棒的使用寿命。

    本发明制得的低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒和传统的刚玉-莫来石质类陶瓷辊棒制造方法基本相同，无需采用昂贵的原材料和特殊的设备，莫来石晶须在烧结过程中原位生成，不需预先合成，辊棒制造成本和传统刚玉-莫来石质辊棒相当。该辊棒与现今同类型高温陶瓷辊棒相比，其在1350℃下的高温强度提高15～20％，达到57.40Mpa以上，1350℃×50hr条件下高温蠕变率降低35％以上，达到在0.64％以下，同时材料还具有良好的抗热震性能，可在1400℃以上温度条件下长期使用，非常适合在高温、高载荷的日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、高档大规格玻化瓷砖、技术陶瓷、磁性材料等产品焙烧辊道窑中使用，其性价比远高于重结晶碳化硅辊棒。

具体实施方式

 实施列1：

第一步：制备含锆钛系矿化剂红柱石原料：在容积为200L的振动磨机中依次加入100kg红柱石精矿粉（250目）、5kg AlF、7kg ZrO₂、3kg TiO₂和10kg蓝晶石精矿粉（325目），振动球磨240分钟，测定混合料颗粒度（D97）在9微米时停机，卸料备用；

第二步：制备低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒：在2吨球磨机中依次装入240kg苏州高岭土、120kg耐火球粘土、60kg硅酸锆、100kg第一步制得的含锆钛系红柱石、180kg（4微米级）煅烧α-Al₂O₃微粉和850kg水，球磨4.5小时后放出，料浆经过筛、除铁后流入含螺旋搅拌机的储浆池中，边搅拌边加入300kg（60目）耐火白刚玉骨料，搅拌均匀后将料浆泵送到另一储浆池中继续搅拌，完全混合均匀后抽浆压榨成泥饼，泥饼经真空练泥、陈化，大功率双级螺旋真空挤压成型机挤压成形、干燥，最后将干燥后的坯管装入半隔焰导流式井式辊棒烧成窑1550℃中焙烧，保温8小时，然后将烧成的辊棒在自然冷却过程的1390℃的温度里作2hr的保温、在1370℃～1070℃的温度区间作6hr的缓慢冷却、在1070℃～700℃的温度区间作1.5hr内的快速冷却、最后自然冷却、出窑，制得低蠕变、高强度、耐高温陶瓷辊棒。

实施列2：

第一步：制备含锆钛系矿化剂红柱石原料：在容积为200L的振动磨机中依次加入100kg红柱石精矿粉（250目）、12kg AlF、6kg ZrO₂、1kg TiO₂和13kg蓝晶石精矿粉（325目），振动球磨260分钟，测定混合料颗粒度（D97）在7微米时停机，卸料备用；

第二步：制备低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒：在2吨球磨机中依次装入160kg苏州高岭土、80kg耐火球粘土、30kg硅酸锆、170kg第一步制得的含锆钛系红柱石、230kg（4微米级）煅烧α-Al₂O₃微粉和800kg水，球磨5小时后放出，料浆经过筛、除铁后流入含螺旋搅拌机的储浆池中，边搅拌边加入330kg（60目）耐火白刚玉骨料，搅拌均匀后将料浆泵送到另一储浆池中继续搅拌，完全混合均匀后抽浆压榨成泥饼，泥饼经真空练泥、陈化，大功率双级螺旋真空挤压成型机挤压成形、干燥，最后将干燥后的坯管装入半隔焰导流式井式辊棒烧成窑1600℃中焙烧，保温6小时，然后将烧成的辊棒在自然冷却过程的1300℃的温度里作3hr的保温、在1370℃～1070℃的温度区间作5hr的缓慢冷却、在1070℃～700℃的温度区间作1hr内的快速冷却、最后自然冷却、出窑，制得低蠕变、高强度、耐高温陶瓷辊棒。

实施列3：

第一步：制备含锆钛系矿化剂红柱石原料：在容积为200L的振动磨机中依次加入100kg红柱石精矿粉（250目）、18kg AlF、9kg ZrO₂、9kg TiO₂和19kg蓝晶石精矿粉（325目），振动球磨280分钟，测定混合料颗粒度（D97）在6微米时停机，卸料备用；

第二步：制备低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒：在2吨球磨机中依次装入200kg苏州高岭土、50kg耐火球粘土、80kg硅酸锆、150kg第一步制得的含锆钛系红柱石、150kg（4微米级）煅烧α-Al₂O₃微粉和850kg水，球磨4.8小时后放出，料浆经过筛、除铁后流入含螺旋搅拌机的储浆池中，边搅拌边加入370kg（60目）耐火白刚玉骨料，搅拌均匀后将料浆泵送到另一储浆池中继续搅拌，完全混合均匀后抽浆压榨成泥饼，泥饼经真空练泥、陈化，大功率双级螺旋真空挤压成型机挤压成形、干燥，最后将干燥后的坯管装入半隔焰导流式井式辊棒烧成窑1640℃中焙烧，保温5小时，然后将烧成的辊棒在自然冷却过程的1250℃的温度里作5hr的保温、在1370℃～1070℃的温度区间作4hr的缓慢冷却、在1070℃～700℃的温度区间作1.2hr内的快速冷却、最后自然冷却、出窑，制得低蠕变、高强度、耐高温陶瓷辊棒。

使用苏州瑞测精密仪器有限公司生产的HRY-03示差高温荷软蠕变测试仪对实施例1-3所制陶瓷辊棒在1350℃×50hr条件下高温蠕变率检测值如下：

实施例	一	二	三
				蠕变率 （％）	0.6	0.45	0.5

Claims (1)

1.一种低蠕变高强度耐高温陶瓷辊棒的制造方法，采用天然矿物原料及工业化工原料，其特征在于包括以下步骤：

第一步：按重量百分比在100份红柱石精矿中添加5～20％蓝晶石、1～10％ZrO₂、1～10％TiO₂以及5～20％AlF，经振动球磨制得粒径＜10微米的含锆钛系矿化剂红柱石原料备用；

第二步：按重量百分比将15～25％的高岭土、5～15％的耐火粘土、15～25％的α-Al₂O₃微粉、3～10％的硅酸锆以及10～20％上述含锆钛系矿化剂红柱石，投入球磨机中球磨混合4～6小时，混合后的浆料经过筛除铁后加入30～40％的耐火刚玉，搅拌均匀后经榨泥、练泥、陈化、成形、干燥备用；

第三步：将干燥后的坯管于1550～1650℃中焙烧，保温5～10小时后冷却，在1470～1370℃的温度区间内作2～4hr的保温、在1370～1070℃的温度区间作3～6hr的缓慢冷却、在1070～700℃的温度区间作0.5～1.5hr的急速冷却、最后自然冷却、出窑，制得1350℃×50hr条件下高温蠕变率小于0.64％的陶瓷辊棒产品。