CN108328916B - 微波晶化窑及利用微波加热制备微晶玻璃的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用微波加热制备微晶玻璃的方法，包括：步骤一、微晶玻璃配方设计时，保证原料中加入的Na2O占原料总重的5％～8％；步骤二、退火板的微波晶化；退火板进入微波晶化窑之前，将微波频率调至2450兆赫，单节微波功率控制在6kw～8kw之间。退火板以0.8～1.2m/min的速度进入微波晶化窑，通过10min至15min升温阶段，使样品达到880℃至950℃。在功率为4kw～6kw条件下，使样品在880℃至950℃保温30min～40min，进行晶化。晶化完成后，板材进入轨道电阻炉开始退火降温，经过80～120分钟冷却至室温，得到微晶玻璃毛板。本发明使用微波加热晶化工艺，极大的提高效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种微晶玻璃的制备装置及制备方法，具体涉及一种微波晶化窑及利用微波加热制备微晶玻璃的方法。
背景技术
微波加热技术是介质材料在微波电磁场(能量形式)的作用下产生介质极化，极化过程中极性分子由原来的随机分布状态转变为依照电磁场的极性排列取向。由于电磁场变化频率快，极性分子的取向随之不断变化。但分子取向的变化频率跟不上电磁场的变化频率，导致极化强度矢量滞后于电磁场的强度矢量而产生一定的微电流，微电流引起电子和离子运动产生损耗而发热。
微晶玻璃的生产主要包括两种工艺：整体析晶法和烧结法。整体析晶法工艺过程为：在原料中加入一定量的晶核剂，经过高温(1400℃～1500℃)熔制，形成玻璃液，通过压延、吹制、浇筑等工艺成型，退火后，在一定温度下进行核化与晶化，制备出具有晶粒细小均匀的微晶玻璃制品。烧结法工艺过程为：将配合料经过保温熔制后，将玻璃液导入冷水中，使其水淬成一定大小的玻璃颗粒，通过装模，压制成形。将成形的样品在一定温度下进行烧结，制备出具有微小晶粒的微晶玻璃制品。
本发明专利针对整体析晶法在晶化过程中的加热方式进行革新。利用微波加热替代传统的热辐射加热完成产品的晶化工艺。在工业化生产过程中，利用电气加热元件(电阻丝、硅碳棒、硅钼棒等)产生热量，提高环境温度，再通过热辐射使产品达到一定的温度，实现产品的晶化。而微波加热是一种依靠物体吸收微波能将其转换成热能，使自身整体同时快速升温的新技术。微波加热技术运用到微晶玻璃的晶化工艺的先决条件是于玻璃材料中各成分对微波的吸收状态。只有当材料本身具备微波吸收的性质，这种加热方式才能适用。目前，微波加热技术在某些功能陶瓷(ZrO2陶瓷、Al2O3陶瓷、B4C陶瓷等等)的制备中取得成功。将微波加热方式运用到微晶玻璃晶化工艺领域的技术还处于一片空白。
发明内容
本发明提供了一种全新的微波晶化窑及利用微波加热制备微晶玻璃的方法。
为了能够实现本发明的目的，本发明首先公开实施本发明的方法需要应用到的微波晶化窑的结构。
一种微波晶化窑，包括顺序相连的多个单节微波晶化窑，以及与单节微波晶化窑相连的轨道电阻炉，每个单节微波晶化窑包括由金属骨架组成的加热腔，在上金属骨架内侧，设置有保温棉，保温棉外侧设置有特制金属板，在下金属骨架内侧，设置有高铝纤维板，在加热腔内设置有多个瓷管托辊，在加热腔上部设置有多个搅拌器，搅拌器通过波导管与设置在金属骨架外部的微波发生器相连，在单节微波晶化窑的两侧，设置有金属板以及与金属板相连的转动装置，金属板可以随着转动装置上下移动。
更进一步的方案是：
所述的特制金属板内表面设置有大小一致、分布均匀的凹坑。
更进一步的方案是：
单节微波晶化窑侧面设置有多个观察窗口及测温装置。
在此基础上，本发明进一步提供了利用微波加热制备微晶玻璃的方法，包括：
步骤一、微晶玻璃成分控制
全电熔压延微晶玻璃以钙镁铝硅为主体成分，添加一定比例的助熔剂，澄清剂，晶核剂辅助原料。通过原料混合、高温熔制、压延成形，退火，横切，生产出一定规格的退火板。为了满足微波晶化要求，配方设计时，必须保证原料中含有一定比例的吸波成分。玻璃中的碱金属氧化物具有良好的吸波特性。在配方成分中控制加入的Na2O占原料总重的5％～8％时，就能够使用微波加热班板材，实现晶化工艺生产。
步骤二、退火板的微波晶化
退火板进入微波晶化窑之前，将微波频率调至2450兆赫，单节微波功率控制在6kw～8kw之间。退火板以0.8～1.2m/min的速度进入微波晶化窑，通过10min至15min升温阶段，使样品达到880℃至950℃。在功率为4kw～6kw条件下，使样品在880℃至950℃保温30min～40min，进行晶化。晶化完成后，板材进入轨道电阻炉开始退火降温，经过80～120分钟冷却至室温，得到微晶玻璃毛板。
步骤三、产品的后期加工
微晶玻璃毛板经过定厚、抛光，切割等工艺生产出一定规格的微晶玻璃装饰板材。
相较于电阻炉晶化，经过微波晶化的样品，其物化性能没有明显差异，能够满足建筑用微晶玻璃国家标准。其抗压强度200～300MPa,抗弯强度40～80MPa,密度2.6～2.7g/cm3,莫氏硬度6～6.5级，吸水率<0.01％，光泽度＞98,耐酸耐碱，放射性检测符合国家A类检测标准。
使用微波加热晶化工艺，将晶化工艺时间从平均5小时降低至平均3小时，极大的提高效率。晶化窑设备总长度从180m降低至120m，有效利用厂房空间。同时，生产相同数量的板材，微波晶化窑的日能耗(电能)从4*104Kw*h降至2.5*104Kw*h，减少37.5％的能耗。
附图说明
图1为本发明单节微波晶化窑的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
微波晶化窑的主体结构分为三段，升温阶段、保温阶段和降温阶段。升温和保温阶段采用微波加热技术，由多个如图1所示的单节微波晶化窑组成。降温阶段由轨道电阻炉组成。单节微波加热窑结构如图1所示，金属骨架结构包括上金属骨架1和下金属骨架7，起支撑窑炉的作用，同时防止微波外泄；保温棉2起隔热保温作用；波导管5将微波引入旋转的搅拌器3，将微波分散至加热腔体内；微波发生器8可以为磁控管，控制微波源功率及微波的频率；波导管出口装有环形器，能够将反射的微波导向水负载以保护磁控管不损坏。高铝纤维板6位于下金属骨架7上方，起隔热保温作用；瓷管托辊4位于加热腔内，玻璃退火板通过瓷管的滚动牵引，向前行进；转动装置10将金属板11与加热腔体连接，当板材向前运动时，能够将其顶开，进入窑体，同时能最大限度的屏蔽微波外泄。特制金属板9的作用，其一为最大限度的屏蔽微波泄露，其二在金属板内表面存在大小一致，均匀分布的凹坑，可以提高加热腔内微波场的均匀性。微波晶化窑侧面间隔500mm设有观察窗口及测温装置，通过热电讯号反馈，能够精确控制板材晶化温度。微波晶化窑单节长度为2000mm，左右两侧结构一致，腔体内部尺寸宽度为1500mm。
实施例一
晶化10mm厚度板材工艺
A：配方组成及重量百分比成分如下：
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | F | P2O5 | Fe2O3 |
| 重量％ | 58 | 9 | 8 | 11 | 2.5 | 6.5 | 2.5 | 1.5 | 1.0 |
B：工艺流程
规格为3000mm*1100mm*12mm的退火板材以0.8m/分钟的速度进入微波晶化窑；控制微波输出功率，使板材经过10分钟升温至920℃，继而使板材温度保持在915℃～925℃之间，持续40min，进行晶化。保温阶段完成后，板材进入轨道电阻炉，经过100分钟降温至100℃，得到微晶玻璃毛板。
从退火板进入微波晶化窑开始至冷却至室温，共计用时2小时10分钟。微波晶化窑总功率为11.8Kw。将微晶玻璃毛板经过定厚、抛光，切割等工艺生产出一定规格的微晶玻璃装饰板材。
通过工艺统计，微波晶化窑与普通晶化窑相比，其生产周期从4小时20分钟降低至2小时10分钟。制备1m2的晶化板材的单位能耗从3.1kw*h降低至1.8kw*h。降低能耗达到42％。
需要说明的是，工艺流程中，并未具体说明如何制备得到退火板的过程，因为对本领域技术人员而言，通过全电熔压延制备微晶玻璃，其一般过程包括原料混合、高温熔制、压延成形、退火、横切，生产出一定规格的退火板，这是本领域常规技术方案，故在此不再赘述。
实施例二
晶化12mm厚度板材工艺
A：配方成分
| 组分 | SiO2 | Al2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | F | P2O5 | MnO |
| 重量％ | 58 | 9 | 5.5 | 11 | 2.5 | 8 | 2.5 | 1.5 | 2 |
B：工艺流程
规格为3000mm*1100mm*12mm的退火板材以0.67m/分钟的速度进入微波晶化窑；控制微波输出功率，使板材经过12分钟升温至920℃，继而使板材温度保持在915℃～925℃之间，持续40min，进行晶化。保温阶段完成后，板材进入轨道电阻炉，经过120分钟降温至100℃，得到微晶玻璃毛板。
从退火板进入微波晶化窑开始至冷却至室温，共计用时2小时52分钟。微波晶化窑总功率为14.2Kw。将微晶玻璃毛板经过定厚、抛光，切割等工艺生产出一定规格的微晶玻璃装饰板材。
通过工艺统计，微波晶化窑与普通晶化窑相比，其生产周期从5小时5分钟降低至2小时52分钟。制备1m2的晶化板材的单位能耗从3.5kw*h降低至2.1kw*h。降低能耗达到40％。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (3)
1.一种微波晶化窑，其特征在于包括顺序相连的多个单节微波晶化窑，以及与单节微波晶化窑相连的轨道电阻炉，每个单节微波晶化窑包括由金属骨架组成的加热腔，在上金属骨架内侧，设置有保温棉，保温棉外侧设置有特制金属板，在下金属骨架内侧，设置有高铝纤维板，在加热腔内设置有多个瓷管托辊，在加热腔上部设置有多个搅拌器，搅拌器通过波导管与设置在金属骨架外部的微波发生器相连，在单节微波晶化窑的两侧，设置有金属板以及与金属板相连的转动装置，金属板可以随着转动装置上下移动，所述的特制金属板内表面设置有大小一致、分布均匀的凹坑，单节微波晶化窑侧面设置有多个观察窗口及测温装置。
2.一种利用微波加热制备微晶玻璃的方法，其特征在于采用了权利要求1所述的微波晶化窑，并具体包括：
步骤一、微晶玻璃成分控制
通过常规的原料混合、高温熔制、压延成形，退火，横切，生产出一定规格的退火板，配方设计时，保证原料中加入的Na2O占原料总重的5％～8％；
步骤二、退火板的微波晶化
退火板进入微波晶化窑之前，将微波频率调至2450兆赫，单节微波功率控制在6kw～8kw之间；退火板以0.8～1.2m/min的速度进入微波晶化窑，通过10min至15min升温阶段，使样品达到880℃至950℃；在功率为4kw～6kw条件下，使样品在880℃至950℃保温30min～40min，进行晶化；晶化完成后，板材进入轨道电阻炉开始退火降温，经过80～120分钟冷却至室温，得到微晶玻璃毛板。
3.根据权利要求2所述利用微波加热制备微晶玻璃的方法，其特征在于：
将步骤二得到的微晶玻璃毛板经过定厚、抛光，切割工艺生产出微晶玻璃装饰板材。
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