CN104692685B - 一种70z锆砖及其制法与利用该锆砖布置的蓄热室 - Google Patents

一种70z锆砖及其制法与利用该锆砖布置的蓄热室 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种70Z锆砖及其制法与利用该锆砖布置的蓄热室，该70Z锆砖按重量百分比包括：二氧化锆70～85％，二氧化硅9～20％，硅溶胶3～8％，超细氧化铝1～3％。优点为该砖块具有很低的显气孔率，很高的体积密度，较高的常温耐压强度和0.2MPa荷重软化温度，可有效防止石油焦燃烧过程中产生的有害气氛侵入砖块内部，保持耐火材料组织结构的完整性。另外，该70Z锆砖设置在蓄热室的顶层，蓄热室的底层为硅线石，中层为AZS锆刚玉砖，上层为AZC格子砖，如此能大大减少或避免有害气氛对蓄热室内部砖块的侵蚀，因而大大提高蓄热室及玻璃熔窑的使用寿命。

Description

一种70Z锆砖及其制法与利用该锆砖布置的蓄热室
技术领域
本发明涉及一种耐火材料，尤其涉及一种用于石油焦浮法蓄热室用的锆砖(70Z)及其制备方法，还涉及利用该锆砖布置的蓄热室。
背景技术
目前，玻璃熔窑利用石油焦这种含热量高的燃料来替代普通燃料生产玻璃，这是节约能耗、减少排放、降低制造成本以及提高玻璃熔窑水平的有效手段。但是，石油焦在燃烧过程中会释放五氧化二钒、硫、氧化镍等气体，其腐蚀性极强，不仅会侵蚀耐火材料和玻璃窑的上部空间，而且明显加快耐火材料的损毁速度，从而使玻璃熔窑的使用寿命大大降低。据有关使用单位统计，采用石油焦作燃料后，浮法玻璃窑的窑龄仅为至6-8个月左右。故，亟待解决上述技术难题。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种能抵抗石油焦的燃烧气氛、延长玻璃熔窑使用寿命的石油焦浮法蓄热室用70Z锆砖；
本发明的第二目的是提供上述锆砖的制备方法；
本发明的第三目的是提供利用上述锆砖布置的石油焦蓄热室。
技术方案：本发明所述70Z锆砖，按重量百分比包括如下组分：二氧化锆70～85％，二氧化硅9～20％，硅溶胶3～8％，超细氧化铝1～3％。
其中，上述70Z锆砖中还包括重量百分比为0.3-3％的稀土B成核剂。同时，还可以包括重量百分比为2.5-5％羧甲基纤维素。二氧化锆的纯度不低于99.99％。
本发明所述石油焦浮法蓄热室用70Z锆砖的制备方法，包括如下步骤：将所述原料混合后依次进行成型压制、干燥、烧结以及保温，即得所述的70Z锆砖。
其中，所述烧结的温度为1500-1650℃，烧结的时间为45-60h，保温的时间为4-6h。
本发明所述利用70Z锆砖布置的蓄热室，该蓄热室内部砖块自下而上的分布为：第1-19层为硅线石，第20-54层为AZS-20锆刚玉砖，第55-64层为AZS-33锆刚玉砖，第65-70层为AZC格子砖，第71-72为70Z锆砖。
本发明所述利用70Z锆砖布置的另一种蓄热室，该蓄热室内部砖块自下而上的分布为：第1-19层为硅线石，20-59层为AZS-33锆刚玉砖，第60-70层为AZC格子砖，第71-72层为70Z锆砖。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的70Z锆砖具有很低的显气孔率，很高的体积密度，较高的常温耐压强度和0.2MPa荷重软化温度，可有效防止外部物质(石油焦燃烧过程中产生的有害气氛)侵入砖块内部，保持耐火材料组织结构的完整性；并且该砖块对石油焦燃烧的有害气氛具有较强的耐侵蚀性和抗蠕变性；同时，该70Z锆砖的制备方法简单易行，容易实现，实用性强；另外，本发明的70Z锆砖设置在蓄热室的顶层，蓄热室的底层为硅线石，中层为AZS锆刚玉砖，上层为AZC格子砖，如此能大大减少或避免有害气氛对蓄热室内部砖块的侵蚀，因而大大提高蓄热室及玻璃熔窑的使用寿命。
具体实施方式
本发明的70Z锆砖主要用于石油焦浮法蓄热室内顶层，该砖的主要成分包括(以重量百分比计，下同)：二氧化锆70～85％，二氧化硅9～20％，硅溶胶3～8％，超细氧化铝1～3％，因为砖块中二氧化锆的含量为70％以上，所以简称70Z锆砖。该砖块具有很低的显气孔率，很高的体积密度，较高的常温耐压强度和0.2MPa荷重软化温度，可用于抵抗石油焦燃烧过程中释放的五氧化二钒、硫、氧化镍等气体。
为了提高上述四种原料的溶解效果，我们可以在砖块中加入羧甲基纤维素(CMC)，而加入量控制在2.5-5％，是为了进一步提高原料的溶解效果。
为了提高砖块的热震稳定性，我们可以在砖块中加入稀土B成核剂，加入量控制在0.3-3％，是为了进一步提高砖块的热震稳定性。
当然，我们可以在砖块中同时加入2.5-5％羧甲基纤维素和0.3-3％的稀土B成核剂，并且控制二氧化锆的纯度为99.99％以上；如此制成的砖块致密性好、材质硬、耐磨性强、耐高温，同时其抗侵蚀、耐冲刷、吸热率也会更好。
表1为各类砖块的技术参数
由表1可知，本发明的70Z锆砖具有较低的显气孔率(16％)，很高的体积密度(3.7-3.75g/cm3，高于普通的锆刚玉砖以及AZC砖)，较高的常温耐压强度和荷重软化温度，这说明该砖块的孔隙小，致密性好，机械强度高，大大减小有害气氛以及熔渣的进入，保持砖块组织结构的完整性，并对有害气氛具有较强的耐侵蚀性和抗蠕变性；同时该砖块在常温和高温(1700℃)情况下都具有较高的耐压强度，适用于石油焦蓄热室的顶部位置(71-72层)。
现有的蓄热室下部(20层以下)多使用镁砖等碱性砖块，石油焦燃烧过程中挥发的矾、硫等有害气体会促使这类碱性砖块中碱性气体的挥发，并且该碱性气体会破坏碱性砖块中的铝组分，由此直接导致碱性砖块的损坏，从而加速了蓄热室内部下层砖块以及整体砖块的损毁速度。
本发明经多年研究试验，将70Z锆砖置于蓄热室的顶层(71-72层)，因蓄热室上部及顶部空间受侵蚀性最强，除此之外，蓄热室底、中、上层的布置有两种：
第一种，底层(1-19层)为硅线石，中层(20-59层)为AZS-33锆刚玉砖，上层(60-70层)为AZC格子砖(下面详细描述)；
第二种，底层(1-19层)为硅线石，中层(20-54层)为AZS-20锆刚玉砖，(55-64层)为AZS-33锆刚玉砖，上层(65-70层)为AZC格子砖；
如此得到的蓄热室，其内部砖块自上到下可大大减弱或避免石油焦燃烧气氛的侵蚀，将蓄热室的使用寿命延长至3年以上，解决了现有技术中存在的难题。
其中，上述提及的AZC格子砖，按重量百分比包括如下组分：氧化铝70-75％、二氧化锆7-12％、三氧化二铬6-10％以及磷酸铝9-12％；其中，所述三氧化二铬由废料三氧化二铬二次烧结而成，其颗粒尺寸在6000目以上。
其中，废料三氧化二铬二次烧结的温度为1800-2000℃，时间为2-6h，如此可实现废料再利用，资源循环。氧化铝的纯度为99.9％以上，其颗粒尺寸在6000目以上；所述二氧化锆的纯度为99.9％以上；所述三氧化二铬的纯度为80.0％以上。AZC格子砖中还可以包括重量百分比为2.5-5％羧甲基纤维素。AZC格子砖中还可以包括重量百分比为0.3-3％的稀土B成核剂。
AZC格子砖的制备方法，包括如下步骤：将AZC格子砖制备所需的原料混合后依次进行成型压制、干燥、烧结以及保温，即得。其中，烧结的温度为1550-1650℃，烧结的时间为48-60h，保温的时间为4-6h。
实施例1
(一)原料：
纯度为99.99％的二氧化锆85％，二氧化硅9％，硅溶胶3％，超细氧化铝3％，稀土B成核剂2％，羧甲基纤维素(CMC)4％，原料均可外购获得。
(二)制备方法：
将所有原料混合后依次进行成型压制、干燥、烧结以及保温，即可获得70Z锆砖，其中，烧结的温度为1600℃，烧结的时间为55h，保温的时间为5h。
(三)性能检测
经测，该砖块的显气孔率为16％，体积密度为3.75g/cm3，常温耐压强度为80MPa，0.2MPa荷重软化温度为1700℃。
对比例1
原料与制备方法与实施例1基本相同，不同之处为：二氧化锆的纯度低于99.99％，仅为99.9％，经检测，所得砖块的密实度略差，其显气孔率(16.5％)较实施例1有所提高，体积密度(3.68g/cm3)较实施例1有所下降。
对比例2：
原料与制备方法与实施例1基本相同，不同之处为：加入5％稀土B成核剂，经检测，所得砖块的显气孔率、体积密度与实施例1基本相似，但荷重软化温度(1680℃)有所下降。
对比例3：
原料与制备方法与实施例1基本相同，不同之处为：加入1％CMC，经检测，所得砖块的显气孔率与实施例1基本相似，但体积密度(3.65g/cm3)和荷重软化温度(1690℃)有所下降。
实施例2
(一)原料：
纯度为99.99％的二氧化锆70％，二氧化硅20％，硅溶胶5％，超细氧化铝2％，稀土B成核剂3％，羧甲基纤维素(CMC)5％，原料均可外购获得。
(二)制备方法：
与实施例1基本相同，不同之处为：烧结的温度为1500℃，烧结的时间为45h，保温的时间为4h。
(三)性能检测
经测，该砖块的显气孔率为16.2％，体积密度为3.72g/cm3，常温耐压强度为80MPa，0.2MPa荷重软化温度为1700℃。
实施例3
(一)原料：
纯度为99.99％的二氧化锆75％，二氧化硅15％，硅溶胶8％，超细氧化铝1％，稀土B成核剂0.3％，羧甲基纤维素(CMC)2.5％，原料均可外购获得。
(二)制备方法：
与实施例1基本相同，不同之处为：烧结的温度为1650℃，烧结的时间为60h，保温的时间为6h。
(三)性能检测
经测，该砖块的显气孔率为16.1％，体积密度为3.70g/cm3，常温耐压强度为80MPa，0.2MPa荷重软化温度为1700℃。
实施例4
(一)原料：
纯度为99.99％的二氧化锆80％，二氧化硅18％，硅溶胶5％，超细氧化铝2％，稀土B成核剂2.5％，羧甲基纤维素(CMC)3％，原料均可外购获得。
(二)制备方法：
与实施例1基本相同，不同之处为：烧结的温度为1650℃，烧结的时间为55h，保温的时间为6h。
(三)性能检测
经测，该砖块的显气孔率为16％，体积密度为3.74g/cm3，常温耐压强度为80MPa，0.2MPa荷重软化温度为1700℃。
对比例4：原料与制备方法与实施例4基本相同，不同之处为：加入二氧化锆65％，经检测，所得砖块的显气孔率上升至16.5％，体积密度下降至3.5g/cm3，常温耐压强度为75MPa，0.2MPa荷重软化温度为1650℃。

Claims (6)

1.一种采用70Z锆砖布置的石油焦浮蓄热室，其特征在于该蓄热室内部砖块自下而上的分布为：第1-19层为硅线石，第20-54层为AZS-20锆刚玉砖，第55-64层为AZS-33锆刚玉砖，第65-70层为AZC格子砖，第71-72为70Z锆砖；其中，所述70Z锆砖按重量百分比由如下组分组成：二氧化锆70～85％，二氧化硅9～20％，硅溶胶3～8％，超细氧化铝1～3％；所述AZC格子砖按重量百分比包括如下组分：氧化铝70-75％、二氧化锆7-12％、三氧化二铬6-10％以及磷酸铝9-12％，所述三氧化二铬由废料三氧化二铬二次烧结而成，其颗粒尺寸在6000目以上。
2.一种采用70Z锆砖布置的石油焦浮蓄热室，其特征在于该蓄热室内部砖块自下而上的分布为：第1-19层为硅线石，20-59层为AZS-33锆刚玉砖，第60-70层为AZC格子砖，第71-72层为70Z锆砖；其中，所述70Z锆砖按重量百分比由如下组分组成：二氧化锆70～85％，二氧化硅9～20％，硅溶胶3～8％，超细氧化铝1～3％；所述AZC格子砖按重量百分比包括如下组分：氧化铝70-75％、二氧化锆7-12％、三氧化二铬6-10％以及磷酸铝9-12％，所述三氧化二铬由废料三氧化二铬二次烧结而成，其颗粒尺寸在6000目以上。
3.根据权利要求1或2所述的采用70Z锆砖布置的石油焦浮蓄热室，其特征在于：所述70Z锆砖中还包括重量百分比为2.5-5％羧甲基纤维素。
4.根据权利要求1或2所述的采用70Z锆砖布置的石油焦浮蓄热室，其特征在于：所述二氧化锆的纯度不低于99.99％。
5.根据权利要求1或2所述的采用70Z锆砖布置的石油焦浮蓄热室，其特征在于：所述70Z锆砖的制备方法为将所述原料混合后依次进行成型压制、干燥、烧结以及保温即得。
6.根据权利要求5所述的采用70Z锆砖布置的石油焦浮蓄热室，其特征在于：所述烧结的温度为1500-1650℃，烧结的时间为45-60h，保温的时间为4-6h。
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