CN1054592C - 硅砖的生产方法 - Google Patents

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Abstract

通过焙烧以硅石为主要成份的含硅石料，生产含有少量残余硅石的硅砖，其方法简便有效，甚至适用于不易发生硅石转形的含硅石料，此方法是在含硅石料中加入0.2～5(重量)%的Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物。Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物与粘合剂一起加入粉碎的含硅石料中，然后混匀、成型，并在1350～1500℃焙烧。其Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物与含硅石料中的硅石反应，从而促使硅石转形成为方石英和鳞石英。

Description

硅砖的生产方法
本发明涉及生产硅砖的方法，特别是涉及适用于建造或维修各种工业窑炉，如炼焦炉、热风炉和玻璃熔窑的硅砖的生产方法。
硅砖是一种非常重要的耐火材料，主要用于炼焦炉、热风炉和玻璃熔窑等工业窑炉的建造或修补。众所周知，在硅砖生产的焙烧过程中，硅石由于晶形的转变而成为方石英和鳞石英，而其中硅石是作为硅砖主要原料的含硅石料中的主要成份。含有大量非转形硅石的任何硅砖都是人们不希望的，因为它会出现过大膨胀而损害用这些砖作为耐火材料的工业窑炉的牢固性。因此，硅石的转形程度是工业窑炉设计时考虑材料的选用和评估所选材料的适用性所必须考虑的非常重要的因素之一。
众所周知，生产硅砖的常规方法是将含硅石料，如红白硅石或兰白硅石，粉碎成适当大小的细颗粒，再与添加物也作为有效粘合剂的生石灰(CaO)混合而制成。
硅砖用作玻璃熔窑材料也是公知的，为了防止玻璃熔窑上部的砖表面产生象霜状的物质，其硅砖含有0～1.5％的CaO、0.3～1.5％的K2O，其中CaO和K2O的总含量不大于1.5％(日本专利公告号：49-16087)，现也试图进一步添加例如Fe、Fe2O3、Cu2O、TiO2、Si等组分。
含硅石料中的硅石受热转形成为方石英和鳞石英的难易程度是受硅石晶粒大小和含硅石料中的杂质影响，并且也根据含硅石料的产地不同而有所改变。
一般来说，硅石的晶粒越大，以及杂质含量越低，则越不利于硅石晶形的转变。
至今，由于硅石的转形不太容易，人们还没有提出过关于采用能促进含硅石料中硅石的转形的任何添加物和用这样的添加物来生产硅砖的方法。
为了解决先有技术中存在的上述问题，而完成了本发明，本发明的目的在于提供一种方法，能够使硅砖具有较少量的残余硅石，而其工艺过程与常规方法同样容易和有效，甚至对不易发生转形的硅石原料同样适用。
本发明提供了一种生产硅砖的方法，通过焙烧以硅石为主要成份的含硅石料，其特征是在含硅石料中加入0.2～5(重量)％的Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物。
最好，含硅石料中含有97.5(重量)％的SiO2，除了SiO2外，还可以含有Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、Na2O和K2O等物质。
Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物与含硅石料中的主要成份硅石迅速反应，可以促使硅石转形成为方石英和鳞石英。
根据本发明的方法，可以将硅石中残余硅石的含量降低至1(重量)％或其以下。
本发明所用的Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物是含有Na2O、CaO和SiO2，以及微量的MgO和Al2O3的熔融和固化物，其化学组成如下：
SiO2：    70～75       (重量)％
CaO：      8.10～13     (重量)％
Na2O：    10～13.52    (重量)％
Al2O3：  0.5～2       (重量)％
MgO：      0.5～4       (重量)％
本发明所用的Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物由下述方法制得，将硅砂、钠灰、碳酸钙、碳酸镁和钠长石混合均匀，再将该混合物熔融，然后冷却固化。最好，该固化物呈非晶质玻璃态，但可以含有原料所衍生出的晶体。
本发明所用的Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物最好为珠状或粉状，其粒径最好为0.3毫米或以下。小的颗粒可以增大比表面，并有助于防止在焙烧后的产品硅砖中产生针孔，也可促使其与含硅石料的硅石发生反应，而加速硅石转变晶形。Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物的化学组成实施例如表1所示。
表1(重量％)
  类型     玻璃珠状     平板玻璃粉状
  热失重     0.01     0.15
  SiO2     71.47     71.40
  Al2O3     1.76     1.71
  Fe2O3     0.35     0.12
  TiO2     0.04     0.27
  CaO     9.36     8.10
  MgO     3.25     3.88
  Na2O     13.06     13.52
  K2O     0.76     0.65
Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物的含量过大，会削弱硅砖产品的热性能，特别是负载软化温度和防蠕变性能，同时会增加表面孔率而使砖不适于作工业窑炉的材料。再则，加入过量的Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物，对残余石英的减低也无明显地作用。反之，Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物的含量太小，亦不能使残余硅石的含量降至3(重量)％或以下。含有残余硅石超过3(重量)％的硅砖就不宜用作建筑材料，因为这样的砖在1450℃以上使用时会呈现过大膨胀。
因此，Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物在含硅石料中的含量定为0.2～5(重量)％，最好是1.0～2.0(重量)％。
根据本发明方法生产硅砖的过程，既可以将Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物加入含硅石料并将该混合物粉碎，也可将预定量的Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物加到已粉碎的含硅石料中并混合均匀。在含硅石料粉碎过程中，将塑性粘合剂，如羰甲基纤维素、磺化油或糖浆加入，或者将该粘合剂在添加熔融和固化物的过程中，直接加入已粉碎的含硅石料中。然后将该混合物料成型、干燥、焙烧。
焙烧可在单窑或隧道窑中进行，其焙烧温度最好在1350～1500℃范围之内。
焙烧温度不应低于1350℃，否则有大量的残余硅石(大于3重量％)不会转形，而焙烧温度超过1500℃也不利，因为这样会使转形产生的鳞石英不稳定，并易于转化为方石英。
本发明特别适用于不易发生硅石转形的含硅石料。
在本发明的方法中，可以加入预烧过的含硅石料和砖灰，或其中之一，其总量不应大于40(重量)％。
在本发明的方法中，也可以加入含有90(重量)％以上SiO2的不定形硅石的微细硅石粉。在此情况下，微细硅石粉的含量应小于含硅石料的5(重量)％，添加这种微细硅石粉有利于增加硅砖的结构密度。
也可以添加含CaO的物质。如石灰石，熟石灰和生石灰到含硅石料中。
CaO组份可有效地促进硅石转形成为鳞石英，并增强粘合强度，最好，CaO在含硅石料中的含量在1.5～3.0(重量)％之间。
当CaO的加入量少于1.5(重量)％时，产品硅砖的砖角易碎，并且在砖的表面产生黑色斑点，结果损坏产品硅砖的外观。反之，CaO量超过3.0(重量)％时，则会降低产品硅砖的强度，使其在常温下易碎，CaO量超过3.0(重量)％，也会引起不利的结果。如增加孔率和破坏热性能，特别是降低负载软化点和损害防蠕变性。
从下面的实施例可对本发明有更充分的了解：
实施例1
制备含硅石料的组成和晶粒大小，如表2所示，然后按表3所示的比率将平板玻璃粉(粒径5～300微米)与石料混合。硅砖是用常规工艺制得。在每种情况下，用石灰浆作为CaO，其加入量的含硅石料的2(重量)％，焙烧在1410℃的单窑中进行。
表2(组成：重量％)
     含硅石料     A     B     C*
    化学组成   SiO2     98.9     99.7     97.2
  Al2O3     0.35     0.14     0.78
  Fe2O3     0.06     0.07     0.57
  CaO     0.02     0.04     0.04
  MgO     痕量     痕量     0.07
  Na2O     痕量     痕量     0.02
  K2O     0.10     0.01     0.17
    硅晶粒度(μm)     100～1000     100～200     5～15(部分50～100)
*硅石易转形的原料
由此得到的硅砖其性能和组成如表3所示，其矿物组成由x-光衍射仪测定。
表3
         含硅石样                             A     B     C
         玻璃加入量(wt％)     0     0.5     1.0     2.0     3.0     2.0     0
    特性     耐火度(SK)     33     32     32     32     32     32     32
    表观孔率(％)     22.8     20.0     20.8     21.9     23.2     21.7     20.5
    堆比重     1.81     1.84     1.82     1.81     1.78     1.81     1.83
    表观比重     2.34     2.31     2.31     2.31     2.31     2.31     2.30
 负载软化点(℃)2Kgf/cm2T1 1665 1640 1630 1625 1610 1625 1620
表3(续)
    含硅石样                            A   B   C
  矿物组成 石英(硅石)     9.6  2.8   0.5或以下   0.5或以下   0.5或以下   0.5或以下   0.5或以下
方石英     51.3  31.5   26.9   25.3   24.8   27.3   15.3
鳞石英     33.7  58.8   60.5   62.1   65.0   59.9   84.0
        备注   对比实例  例   例   例   例   例  对比实例
矿物组成用(重量)％表示
从表3可见，本发明可显著减少含硅石料中未转形的残余硅石的比例，这样的硅砖产品具有优良的热性能。
如上所述，本发明提供了一种硅砖的生产方法，其中有效地促进硅石转形成为方石英和鳞石英。用这样的方法可以使硅砖中的残余硅石量显著降低而具有优良的热性能，甚至对不易发生硅石转形的含硅石料也同样可行。本发明生产的硅砖非常适于作为高温建筑材料用于工业窑炉或类似炉体。

Claims (12)

1.一种硅砖的生产方法，包括以下步骤：将以硅石为主要成份的含硅石料粉碎；再将粉碎后的物料成型；然后将成型后的物料焙烧；其方法的特征在于包括：将0.2～5(重量)％的Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物加到上述的含硅石料中，以使Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物与含硅石料中的主要成份硅石反应，从而促使硅石转形成为方石英和鳞石英。
2.根据权利要求1所述生产硅砖的方法，其特征在于残余硅石含量在焙烧步骤中降低至1(重量)％或以下。
3.根据权利要求1所述生产硅砖的方法，其特征在于Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物至少含有SiO2、CaO、Na2O、Al2O3和MgO，其含量为：
SiO2：   70～75       (重量)％
CaO：     8.10～13     (重量)％
Na2O：   10～13.52    (重量)％
Al2O3： 0.5～2       (重量)％
MgO：     0.5～4       (重量)％
4.根据权利要求1所述生产硅砖的方法，其特征在于Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物为非晶质材料。
5.根据权利要求1所述生产硅砖的方法，其特征在于Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物为部分结晶体。
6.根据权利要求1所述生产硅砖的方法，其特征在于Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物的粒度不大于0.3毫米。
7.根据权利要求3所述生产硅砖的方法，其特征在于Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物包括玻璃珠。
8.根据权利要求3所述生产硅砖的方法，其特征在于Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物包括平板玻璃粉。
9.根据权利要求1所述生产硅砖的方法，其中特征在于Na2O-CaO-SiO2熔融和固化物加入量为1～2(重量)％。
10.根据权利要求1所述生产硅砖的方法，其特征在于加入到含硅石料中的石灰料的量根据CaO的含量为1.5～3(重量)％。
11.根据权利要求10所述生产硅砖的方法，其特征在于石灰料选自碳酸钙、熟石灰和生石灰中的一种、两种或多种。
12.根据权利要求1所述生产硅砖的方法，其特征在于焙烧温度为1350～1500℃。
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