CN108975923A - 一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，选用高岭土、耐火粘土、堇青石、滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉、刚玉莫来石辊棒熟料、硅酸锆、碳酸钡以及氧化钴为主要原料制成，本发明陶瓷辊棒成品，其耐急冷急热性(1100℃～室温)≥20次不裂，常温弯曲强度≥50MPa，高温弯曲强度(1100℃)≥45MPa，热膨胀系数3.0～4.0×10‑6/℃(1000℃)，辊棒的外径变化率(1100℃重烧)≤0.1％。本发明解决了刚玉‑莫来石质陶瓷辊棒在急冷带或温差较大区域容易产生弯曲变形的问题，具有抗热震性好、高温体积稳定性好、热膨胀系数低和抗变形能力强等特点，其可在辊道窑急冷带得到广泛应用。

Description

一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷辊棒的加工制作技术领域，特别涉及一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒及其制备方法。
背景技术
陶瓷辊棒是一种特殊耐火窑具，在辊道烧成窑和干燥窑中起支撑和传送陶瓷砖等产品的作用，是辊道窑的核心部件，它对辊道窑的节能、产品烧成周期以及自动化运作有重要影响，在建筑陶瓷、日用陶瓷、电子陶瓷、磁性材料、玻璃热处理等领域得到广泛应用。
目前，陶瓷生产企业辊道窑所用的陶瓷辊棒材质主要是刚玉-莫来石质的陶瓷辊棒，其存在的主要缺陷是热膨胀系数较高，在窑炉的急冷带(或温差较大区域)使用时，由于存在较大的温差，导致陶瓷辊棒在该区域容易产生弯曲变形，从而影响正常生产。
现市场上急冷带专用的辊棒是碳化硅辊棒，它具有热膨胀系数低、热导率高(是一般高铝质材料的10倍以上)、耐磨性能好、强度高的特性。但其价格高，且导热性太好而不利于节能。由于材料的抗热震性与热膨胀系数和热导率有关，碳化硅材料是一种抗热震稳定性能优异材料，碳化硅辊棒的因其本身的性能，在烧成过程中极易氧化，且重烧线变化大，在陶瓷厂使用过程中，易发生体积变化，不仅影响了辊棒的使用寿命，而且严重影响了走砖、甚至可能发生堵窑现象。
在硅酸盐矿物中堇青石是热膨胀系数最低的环状结构矿物，具有良好的热稳定性、较高的化学稳定性，具有改善制品的重烧线变化等性能。但是，堇青石的合成、分解和使用温度范围都比较窄，合成温度和分解温度几乎重合，导致韧性较低、高温强度差、荷重软化点低等不足。
现有技术中，也有利用碳酸钡和硅酸锆来解决堇青石陶瓷材料的高温稳定性，例如公开号为CN 105174928A的对比文件1，一种高温稳定的堇青石陶瓷材料，包括下列重量份数的物质：纳米氧化铝粉末35-54份，非晶二氧化硅粉末30-70份，碳酸镁15-20份，碳酸钡1-5份，硅酸锆3-11份，三氧化二硼11-19份，滑石15-20份，黏土15-20份，氧化镁11-18份，高岭土15-60份，叶蜡石1-5份，滑石瓷4-11份，石英10-20份，氢氧化镁3.5-7.4份，环己酮20-30份，甲苯15-36份。其虽然可以在一定程度上改善陶瓷器件的高温高稳定性，保持陶瓷的电学性能，但是对比文件1在制备堇青石陶瓷材料，引入纳米氧化铝和非晶态二氧化硅为原料，并采用气氛保护热压烧结方法来制备，具有气氛保护,原料复杂,工艺要求高,成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种抗热震稳定性、高温体积稳定性好及价格低廉的陶瓷辊棒及其制备方法，对陶瓷辊棒废料进行再次利用，生成的堇青石纯度较高，解决现有陶瓷辊棒抗热震性差或高温下易弯曲变形的问题。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其原料包括骨料和粘结剂，其中，所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份。
作为上述方案的改进，所述耐火粘土的化学成分是：SiO2为55％～60％，Al2O3为20％～27％，TiO2为2％～3.5％，Fe2O3为0.8％～1.2％，Na2O≤0.3％，K2O≥8％。
作为上述方案的改进，所述耐火粘土的结合强度为7～12MPa，其生成的一次莫来石为针状结构。
作为上述方案的改进，所述刚玉莫来石辊棒熟料的化学成分是：SiO2为18％～21％、Al2O3为71％～75％、ZrO2为4％～8％。
作为上述方案的改进，所述硅酸锆中的ZrO2含量≥63％。
作为上述方案的改进，所述堇青石的颗粒度大小为80～100目；
所述滑石粉的颗粒度大小为250～325目；
所述氧化钴选用黑色状氧化钴，具有耐腐蚀作用。
作为上述方案的改进，所述粘结剂为纤维素醚、树脂或木质素磺酸钙溶液中的一种或多种，所述纤维素醚包括羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素。
作为上述方案的改进，所述纤维素醚为羧甲基纤维素，所述羧甲基纤维素的Na2O的含量≤10％，加入量为骨料的2.4wt％～3.0wt％；
所述树脂为热固性酚醛树脂，加入量为骨料的0.5wt％～1.5wt％；
所述木质素磺酸钙溶液中木质素磺酸钙与水的质量比为3-5:5-7，加入量为骨料的0.5wt％～1.5wt％。
相应地，为达到上述技术效果，本发明还提供一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒的方法，包括：
(1)将骨料按配方进行配料，并经球磨、喷雾、均化处理，得到混合料；
(2)在所述混合料中加入粘结剂进行干混处理，然后加入水进行湿混；
(3)将经干混和湿混的混合料进行造粒，并在液压挤出机上挤出成型，得到坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理，干燥后的坯件水分控制在在1.2～2.3％；
(5)将干燥后的坯件进行冷等静压成型；
(6)将冷等静压成型后的坯件在窑炉中吊装烧结，得到辊棒成品。
其中，所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份；
所述粘结剂为纤维素醚。
作为上述方案的改进，步骤(2)中的混合机制为：先在混合料中加入2.4wt％～3.0wt％的纤维素醚进行干混，干混的时间为4～6min，然后加入14wt％～18wt％的水进行湿混，湿混的时间为10～13mins；
步骤(4)中的干燥处理的温度为80～120℃、干燥时间为35～40h；
步骤(5)中的冷等静压成型的压力为150～250MPa；
步骤(6)中的吊装烧结的烧结温度为1350～1380℃，烧结时长28～32h。
作为上述方案的改进，步骤(2)的湿混过程中，还可以外加0.8wt％～1.2wt％的乙二醇作为润滑剂。
相应地，为达到上述技术效果，本发明还提供了另外一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒的方法，包括：
(1)将骨料按配方进行配料，并经球磨、压滤处理，得到混合料；
(2)将所述混合料加入粘结剂，进行真空练泥制备成泥料；
(3)将所述泥料经真空挤出成型，得到坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理，干燥后的坯件水分控制在≤0.6％；
(5)将干燥后的坯件在窑炉中吊装烧结，得到辊棒成品；
其中，所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份；
所述粘结剂为树脂或木质素磺酸钙溶液中的一种或多种。
作为上述方案的改进，步骤(2)中的混合机制为：将混合料与0.5～1.5％的热固性酚醛树脂或木质素磺酸钙溶液进行混合；
步骤(4)中的干燥处理的温度为80～150℃、干燥时间为12～18h；
步骤(5)的吊装烧结的烧结温度为1350～1380℃，烧结时间为28～32h。
实施本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，选用高岭土、耐火粘土、堇青石、滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉、刚玉莫来石辊棒熟料、硅酸锆、碳酸钡以及氧化钴为主要原料制成，解决了刚玉-莫来石质陶瓷辊棒在急冷带或温差较大区域容易产生弯曲变形的问题，改善瓷砖在辊道窑中的走砖情况，具体如下：
1、优化配方及工艺，使用刚玉莫来石辊棒熟料提供本发明方案中的刚玉莫来石相，实现对工业固体废弃物的再利用，不仅降低了生产成本，而且大幅减少了工业固体废弃物的排放量，减轻了环境负荷；
2、通过采用滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉合成稳定的堇青石晶相，因堇青石的热膨胀系数低的特点，能有效地解决辊棒在窑炉温差较大区域产生的弯曲形变甚至断裂的情况；
3、在材料体系上进行改良，引入硅酸锆和碳酸钡降低堇青石的合成温度，促进堇青石的合成，生成更多的堇青石，形成堇青石的纯度高，达到热膨胀系数低、抗热震性及高温体积稳定性好的性能。并利用氧化钴的耐腐蚀性，合成以堇青石为主晶相、刚玉以及莫来石和硅酸锆为次晶相的复相陶瓷辊棒。
4、本发明所采用等静压处理的工艺，可使陶瓷辊棒坯管在巨大的压力作用下，坯管内的颗粒料会重排，形成纵横交错的结构，提高了本陶瓷辊棒的机械性能，进而延长其使用寿命。
综上，本发明陶瓷辊棒成品，其耐急冷急热性(1100℃～室温)≥20次不裂，常温弯曲强度≥50MPa，高温弯曲强度(1100℃)≥45MPa，热膨胀系数3.0～4.0×10-6/℃(1000℃)，辊棒的外径变化率(1100℃重烧)≤0.1％。具有抗热震性好、高温体积稳定性好、热膨胀系数低和抗变形能力强等特点，其可在辊道窑急冷带得到广泛应用。
附图说明
图1是本发明一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒的制备方法一实施例的流程图。
图2是本发明一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒的制备方法另一实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其原料包括骨料和粘结剂，其中，骨料包括高岭土、耐火粘土、堇青石、滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉、刚玉莫来石辊棒熟料、硅酸锆、碳酸钡以及氧化钴。所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份。
上述高岭土、耐火粘土、堇青石、滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉、刚玉莫来石辊棒熟料、硅酸锆、碳酸钡以及氧化钴的重量份总和为100份。
需要说明的是，耐火粘土是指耐火度大于1580℃、可做耐火材料的粘土和用作耐火材料的铝土矿。它们除具有较高的耐火度外，在高温条件下能保持体积的稳定性，并具有抗渣性、对急冷急热的抵抗性，以及一定的机械强度，因此经煅烧后异常坚定。
耐火粘土按可塑性、矿石特征和工业用途分为软质粘土、半软质粘土、硬质粘土和高铝粘土四种。软质粘土一般呈土状，在水中易分散，与液体拌合后能形成可塑性泥团；半软质粘土的浸散性较差，其浸散部分与液体拌合后亦可形成可塑性泥团。这二种粘土在制作耐火制品时常用作结合剂。硬质粘土常呈块状或板片状，一般在水中不浸散，耐火度较高，为耐火制品的主要原料。高铝粘土Al2O3的含量较高，硬度和比重较大，耐火度高，常用以制造高级粘土制品。
耐火粘土的化学成分是影响其质量的重要因素之一。Al2O3是耐火粘土的有益组分，主要赋存于氢氧化铝矿物，其次赋存于铝硅酸盐矿物中。一般来说，软质和半软质粘土含Al2O3为30％～45％，硬质粘土为35％～50％，高铝粘土为55％～70％。SiO2主要赋存于粘土矿物中，亦有微量的原生石英残屑存在。SiO2含量变化较大，高铝粘土中一般为3％～35％，硬质粘土中为43％～66％。Fe2O3，是耐火粘土的主要有害成分，Fe2O3含量无明显规律，高铝粘土中含量在0.5％～2.2％，硬质粘土中含量在0.5％～2.5％，软质粘土中一般为1.0％～2.5％。K2O和Na2O也是耐火粘土的有害杂质，主要赋存于伊利石和云母类等矿物中，含量变化较大。CaO和MgO等虽为有害杂质，但含量一般甚微。
优选地，本发明采用的耐火粘土的成分是：SiO2为55％～60％、Al2O3为20％～27％、TiO2为2％～3.5％、Fe2O3为0.8％～1.2％，Na2O≤0.3％，K2O≥8％。本发明粘土与一般的耐火粘土不同之处是氧化铝含量偏低，二氧化硅含量偏高，氧化钾含量偏高，可以促进莫来石针状晶体的形成。
所述耐火粘土的结合强度为7～12MPa，此强度有助于防止辊棒在吊烧时掉棒。而且，也利于合成堇青石。其生成的一次莫来石为针状结构，针状莫来石交错成网状，明显提高了抵抗裂纹扩展能，有助于辊棒抗热震性的提高。
堇青石是一种硅酸盐矿物，化学成分为(Mg,Fe2+)2Al3[AlSi5O18].H2O，通常具有浅蓝或浅紫色，玻璃光泽，透明至半透明。堇青石产于片岩、片麻岩及蚀变火成岩中。堇青石具有明显的多色性(三色性)，耐火性好，热膨胀系数小，广泛应用于陶瓷、玻璃业，提高其抗急冷急热的能力。
然而，堇青石同时存在合成、分解和使用温度范围都比较窄、韧性较低、高温强度差、荷重软化点低等不足。因此，本发明利用硅酸锆和碳酸钡之间的配合，并选用特定的滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉，来克服堇青石的上述缺点。具体的，
所述刚玉莫来石辊棒熟料的成分为：SiO2为18％～21％、Al2O3为71％～75％、ZrO2为4％～8％。所述刚玉莫来石辊棒熟料为本发明提供刚玉莫来石相。
所述硅酸锆中的ZrO2含量≥63％，本发明采用部分堇青石熟料为晶种，诱导滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉合成稳定的堇青石晶相。硅酸锆可以实现拓宽堇青石的合成温度，促进堇青石的合成，同时起到稳定剂的作用。
优选的，所述堇青石的颗粒度大小为80～100目；所述滑石粉的颗粒度大小为250～325目。更佳的，所述堇青石的颗粒度为85～95目，所述滑石粉的颗粒度为270～300目。选用上述颗粒度组合的堇青石、滑石粉，其骨料的堆积密度最大，空隙较小，烧出的辊棒的气孔较小，且均匀分布。
本发明所述氧化钴为黑色状，具有耐腐蚀作用。氧化钴的加入，可以提高陶瓷辊棒的耐腐蚀性和耐磨度。
以对比文件1为最接近的现有技术作对比，对比文件1使用碳酸钡和硅酸锆提高陶瓷器件的高温下的稳定性，保持陶瓷的电学性能，而本发明使用碳酸钡和硅酸锆是拓宽堇青石的合成温度，生成更多的堇青石，二者作用不一样。此外，对比文件1在制备堇青石陶瓷材料时，引入纳米氧化铝和非晶态二氧化硅为原料，并采用气氛保护热压烧结方法来制备，具有气氛保护，而本发明采用固相烧结法生成堇青石，堇青石的形成机理不一样。
本发明碳酸钡在一定温度下分解为氧化钡和二氧化碳,氧化锂属于碱金属,具有很强的溶剂化作用,它能与原料主晶相形成固溶体,使主晶相中缺陷浓度增大,粒子扩散速度加快,因而促进了固相反应和固相烧结的进行，从而降低了堇青石的合成温度，因此拓宽了堇青石的合成温度范围，硅酸锆在反应过程中分解为氧化锆和二氧化硅，氧化锆与堇青石形成固熔体，离子半径大的Zr4+取代离子半径小的Mg2+，使堇青石的晶格发生畸变，在晶体中产生内应力和应变，导致产生应力空位，促进烧结，降低堇青石的合成温度，拓宽堇青石的合成温度范围。
对比文件1中，因为在热压环境中，硅酸钙和碳酸钡能稳定性更好，防止α型堇青石的转化为β型堇青石，因此保证其电学性能的稳定性。
进一步，所述粘结剂为纤维素醚、树脂或木质素磺酸钙溶液中的一种或多种；所述纤维素醚包括羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素。优选的，所述粘结剂为纤维素醚、树脂、木质素磺酸钙溶液中的一种。
当粘结剂选用纤维素醚时，优选为羧甲基纤维素，其Na2O的含量≤10％，加入量为骨料的2.4wt％～3.0wt％。
当粘结剂选用树脂时，具体为热固性酚醛树脂，加入量为骨料的0.5wt％～1.5wt％。
当粘结剂选用木质素磺酸钙溶液时，木质素磺酸钙与水的质量比为3-5:5-7，优选为4:6，加入量为骨料的0.5wt％～1.5wt％。
本发明通过采用部分堇青石熟料为晶种诱发滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉合成稳定的堇青石晶相，并采用硅酸锆和碳酸钡拓宽堇青石的合成温度，促进堇青石的合成，同时起到稳定剂的作用，经过适宜的保温时间，晶粒得到很好生长发育，形成足够强度和低热膨胀系数的堇青石相，其与碳化硅颗粒料相匹配，同时利用氧化钴的高活性，提高辊棒的耐腐蚀性和耐磨度，最终形成的陶瓷辊棒热膨胀系数低、导热性好、强度高、抗弯能力强，适用于急冷带专用陶瓷辊棒，能有效地解决辊棒在窑炉温差较大区域所产生的弯曲形变甚至断裂的问题。
通过固相烧结反应得的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其性能如下：
其耐急冷急热性(1100℃～室温)≥20次不裂，常温弯曲强度≥50MPa，高温弯曲强度(1100℃)≥45MPa，热膨胀系数3.0～4.0×10-6/℃(1000℃)，辊棒的外径变化率(1100℃重烧)≤0.1％。
需要说明的是，本发明的份是指重量份，％是指重量百分比。
相应的，如图1所示，本发明公开了一种制备抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒的方法的一实施例，具体包括：
S101、将骨料按配方进行配料，并经球磨、喷雾、均化处理，得到混合料；
其中，所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份；
上述高岭土、耐火粘土、堇青石、滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉、刚玉莫来石辊棒熟料、硅酸锆、碳酸钡以及氧化钴的重量份总和为100份，以此为基准，外加
粘结剂，具体为纤维素醚，加入量为2.4wt％～3.0wt％。
需要说明的是，所述骨料的技术细节同上所述，在此不再赘述。
S102、在所述混合料中加入粘结剂进行干混处理，然后加入水进行湿混；
具体混合机制为：先在混合料中加入2.4wt％～3.0wt％的纤维素醚进行干混，干混的时间为4～6min，然后加入14wt％～18wt％的水进行湿混，湿混的时间为10～13mins；在湿混过程中，还可以外加0.8wt％～1.2wt％的乙二醇作为润滑剂。
S103、将经干混和湿混的混合料进行造粒，并在液压挤出机上挤出成型，得到坯件。
S104、将所述坯件进行干燥处理，干燥后的坯件水分控制在在1.2～2.3％；
所述干燥处理的温度为80～120℃、干燥时间为35～40h。
S105、将干燥后的坯件进行冷等静压成型；
所述冷等静压成型的压力为150～250MPa。
S106、将冷等静压成型后的坯件在窑炉中吊装烧结，得到辊棒成品。
所述吊装烧结的烧结温度为1350～1380℃，烧结时长28～32h。
相应地，如图2所示，本发明还提供了一种制备抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒的方法的另一实施例，具体包括
S201、将骨料按配方进行配料，并经球磨、压滤处理，得到混合料；
其中，所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份；
上述高岭土、耐火粘土、堇青石、滑石粉、菱镁矿、硅石粉、氧化铝粉、刚玉莫来石辊棒熟料、硅酸锆、碳酸钡以及氧化钴的重量份总和为100份，以此为基准，外加
粘结剂，具体为树脂或木质素磺酸钙溶液中的一种或多种，加入量为0.5wt％～1.5wt％。
需要说明的是，所述骨料的技术细节同上所述，在此不再赘述。
S202、将所述混合料加入粘结剂，进行真空练泥制备成泥料。
S203、将所述泥料经真空挤出成型，得到坯件。
S204、将所述坯件进行干燥处理，干燥后的坯件水分控制在≤0.6％；
所述干燥处理的温度为80～150℃、干燥时间为12～18h。
S205、将干燥后的坯件在窑炉中吊装烧结，得到辊棒成品；
所述的吊装烧结的烧结温度为1350～1380℃，烧结时间为28～32h。
下面以具体实施例进一步阐述本发明
实施例1
(一)配方：
(1)骨料
高岭土 18kg
耐火粘土 5kg
堇青石 27kg
滑石粉 15kg
菱镁矿 2kg
硅石粉 2kg
氧化铝粉 4kg
刚玉莫来石辊棒熟料 15kg
硅酸锆 9kg
碳酸钡 1kg
氧化钴 2kg。
(2)粘结剂
羧甲基纤维素，加入量为2.9kg。
(二)制备方法：
(1)将高岭土18kg、耐火粘土5kg、堇青石27kg、滑石粉15kg、菱镁矿2kg、硅石粉2kg、氧化铝粉4kg、刚玉莫来石辊棒熟料15kg、硅酸锆9kg、碳酸钡1kg、氧化钴2kg混合配料，并经球磨、喷雾、均化工序制备混合料；
(2)先将混合料与2.9kg的羧甲基纤维素干混6.0mins，然后再加16kg水和1.0kg的乙二醇湿混12mins。
(3)将经干混和湿混的混合料进行两次造粒，并在液压挤出机上挤出成型，得到坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理，干燥条件为90℃下37h，干燥后的坯件水分控制在在1.6％；
(5)将干燥后的坯件经150MPa冷等静压成型,脱模得到管坯；
(6)将所述管坯在窑炉中吊装烧结，吊装烧结条件为1360℃下31h，得到陶瓷辊棒。
实施例2
(一)配方：
(1)骨料
高岭土 18kg
耐火粘土 5kg
堇青石 29kg
滑石粉 14kg
菱镁矿 2kg
硅石粉 3kg
氧化铝粉 4kg
刚玉莫来石辊棒熟料 16kg
硅酸锆 6kg
碳酸钡 2kg
氧化钴 1kg。
(2)粘结剂
羧甲基纤维素，期加入量为2.6kg。
(二)制备方法：
(1)将高岭土18kg、耐火粘土5kg、堇青石29kg、滑石粉14kg、菱镁矿2kg、硅石粉3kg、氧化铝粉4kg、刚玉莫来石辊棒熟料16kg、硅酸锆6kg、碳酸钡2kg、氧化钴1kg混合配料，并经球磨、喷雾、均化工序制备混合料；
(2)先将混合料与2.6kg的羧甲基纤维素干混5.0mins，然后再加17kg水和0.8kg的乙二醇湿混12mins。
(3)将经干混和湿混的混合料进行两次造粒，并在液压挤出机上挤出成型，得到坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理，干燥条件为100℃下40h，干燥后的坯件水分控制在在1.2％；
(5)将干燥后的坯件经180MPa冷等静压成型,脱模得到管坯；
(6)将所述管坯在窑炉中吊装烧结，吊装烧结条件为1370℃下32h，得到陶瓷辊棒。
实施例3
(一)配方：
(1)骨料
高岭土 18kg
耐火粘土 5kg
堇青石 30kg
滑石粉 16kg
菱镁矿 1kg
硅石粉 2kg
氧化铝粉 5kg
刚玉莫来石辊棒熟料 14kg
硅酸锆 7kg
碳酸钡 1kg
氧化钴 1kg。
(2)粘结剂
热固性酚醛树脂，其加入量为1.2kg。
(二)制备方法：
(1)将高岭土18kg、耐火粘土5kg、堇青石30kg、滑石粉16kg、菱镁矿1kg、硅石粉2kg、氧化铝粉5kg、刚玉莫来石辊棒熟料14kg、硅酸锆7kg、碳酸钡1kg、氧化钴1kg混合配料，并经球磨、压滤工序制备混合料；
(2)将混合料中加入1.2kg热固性酚醛树脂，进行真空练泥制备成泥料；
(3)将所述泥料经真空挤出机挤出成型，制备出相应的坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理得到管坯，干燥条件为110℃下18h，干燥后的坯件水分控制在0.4％；
(5)将所述管坯在窑炉中吊装烧结，烧结条件为1380℃下32h，得到辊棒成品。
实施例4
(一)配方：
(1)骨料
高岭土 17kg
耐火粘土 5kg
堇青石 26kg
滑石粉 16kg
菱镁矿 3kg
硅石粉 2kg
氧化铝粉 4kg
刚玉莫来石辊棒熟料 14kg
硅酸锆 8kg
碳酸钡 2kg
氧化钴 3kg。
(2)粘结剂
木质素磺酸钙溶液，其加入量为1.2kg。
(二)制备方法：
(1)将高岭土17kg、耐火粘土5kg、堇青石26kg、滑石粉16kg、菱镁矿3kg、硅石粉2kg、氧化铝粉4kg、刚玉莫来石辊棒熟料14kg、硅酸锆8kg、碳酸钡2kg、氧化钴3kg混合配料，并经球磨、压滤工序制备混合料；
(2)将混合料中加入1.2kg木质素磺酸钙溶液，进行真空练泥制备成泥料；
(3)将所述泥料经真空挤出机挤出成型，制备出相应的坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理得到管坯，干燥条件为80℃下17h，干燥后的坯件水分控制在0.3％；
(5)将所述管坯在窑炉中吊装烧结，烧结条件为1375℃下32h，得到辊棒成品。
实施例5
(一)配方：
(1)骨料
高岭土 15kg
耐火粘土 3kg
堇青石 25kg
滑石粉 16kg
菱镁矿 3kg
硅石粉 3kg
氧化铝粉 5kg
刚玉莫来石辊棒熟料 16kg
硅酸锆 8kg
碳酸钡 3kg
氧化钴 3kg。
(2)粘结剂
羧甲基纤维素，期加入量为2.4kg。
(二)制备方法：
(1)将高岭土15kg、耐火粘土3kg、堇青石25kg、滑石粉16kg、菱镁矿3kg、硅石粉3kg、氧化铝粉5kg、刚玉莫来石辊棒熟料16kg、硅酸锆8kg、碳酸钡3kg、氧化钴3kg混合配料，并经球磨、喷雾、均化工序制备混合料；
(2)先将混合料与2.4kg的羧甲基纤维素干混5.0mins，然后再加17kg水和0.8kg的乙二醇湿混12mins。
(3)将经干混和湿混的混合料进行两次造粒，并在液压挤出机上挤出成型，得到坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理，干燥条件为100℃下40h，干燥后的坯件水分控制在在1.6％；
(5)将干燥后的坯件经170MPa冷等静压成型,脱模得到管坯；
(6)将所述管坯在窑炉中吊装烧结，吊装烧结条件为1370℃下32h，得到陶瓷辊棒。
实施例6
(一)配方：
(1)骨料
高岭土 18kg
耐火粘土 3kg
堇青石 28kg
滑石粉 16kg
菱镁矿 3kg
硅石粉 3kg
氧化铝粉 5kg
刚玉莫来石辊棒熟料 13kg
硅酸锆 5kg
碳酸钡 3kg
氧化钴 3kg
(2)粘结剂
热固性酚醛树脂，其加入量为0.5kg。
(二)制备方法：
(1)将高岭土18kg、耐火粘土3kg、堇青石28kg、滑石粉16kg、菱镁矿3kg、硅石粉3kg、氧化铝粉5kg、刚玉莫来石辊棒熟料13kg、硅酸锆5kg、碳酸钡3kg、氧化钴3kg混合配料，并经球磨、压滤工序制备混合料；
(2)将混合料中加入0.5kg热固性酚醛树脂，进行真空练泥制备成泥料；
(3)将所述泥料经真空挤出机挤出成型，制备出相应的坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理得到管坯，干燥条件为150℃下12h，干燥后的坯件水分控制在0.4％；
(5)将所述管坯在窑炉中吊装烧结，烧结条件为1350℃下32h，得到辊棒成品。
将实施例1-6所得的陶瓷辊棒做技术检测，结果如下：
综上，本发明通过固相烧结反应制备的陶瓷辊棒成品，其耐急冷急热性(1100℃～室温)≥20次不裂，常温弯曲强度≥50MPa，高温弯曲强度(1100℃)≥45MPa，热膨胀系数3.0～4.0×10-6/℃(1000℃)，辊棒的外径变化率(1100℃重烧)≤0.1％。具有抗热震性好、高温体积稳定性好、热膨胀系数低和抗变形能力强等特点，其可在辊道窑急冷带得到广泛应用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其原料包括骨料和粘结剂，其特征在于，所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份。
2.根据权利要求1所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其特征在于，所述耐火粘土的主要成分包括：SiO2为55％～60％，Al2O3为20％～27％，TiO2为2％～3.5％，Fe2O3为0.8％～1.2％，Na2O≤0.3％，K2O≥8％。
3.根据权利要求2所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其特征在于，所述耐火粘土的结合强度为7～12MPa，其生成的一次莫来石为针状结构。
4.根据权利要求1所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其特征在于，所述刚玉莫来石辊棒熟料的化学成分是：SiO2为18％～21％、Al2O3为71％～75％、ZrO2为4％～8％。
5.根据权利要求1所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其特征在于，所述硅酸锆中的ZrO2含量≥63％；
所述堇青石的颗粒度大小为80～100目；
所述滑石粉的颗粒度大小为250～325目；
所述氧化钴选用黑色状氧化钴。
6.根据权利要求1所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其特征在于，所述粘结剂为纤维素醚、树脂或木质素磺酸钙溶液中的一种或多种，所述纤维素醚包括羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和甲基纤维素。
7.根据权利要求6所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其特征在于，所述纤维素醚为羧甲基纤维素，所述羧甲基纤维素的Na2O的含量≤10％，加入量为骨料的2.4wt％～3.0wt％；
所述树脂为热固性酚醛树脂，加入量为骨料的0.5wt％～1.5wt％；
所述木质素磺酸钙溶液中木质素磺酸钙与水的质量比为3-5:5-7，加入量为骨料的0.5wt％～1.5wt％。
8.根据权利要求1所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒，其特征在于，所述陶瓷辊棒的耐急冷急热性(1100℃～室温)≥20次不裂，常温弯曲强度≥50MPa，高温弯曲强度(1100℃)≥45Mpa，热膨胀系数3.0～4.0*10-6/℃，辊棒的外径变化率≤0.1％。
9.一种权利要求1～8任一项所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将骨料按配方进行配料，并经球磨、喷雾、均化处理，得到混合料；
(2)在所述混合料中加入粘结剂进行干混处理，然后加入水进行湿混；
(3)将经干混和湿混的混合料进行造粒，并在液压挤出机上挤出成型，得到坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理，干燥后的坯件水分控制在在1.2～2.3％；
(5)将干燥后的坯件进行冷等静压成型；
(6)将冷等静压成型后的坯件在窑炉中吊装烧结，得到辊棒成品；
其中，所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份；
所述粘结剂为纤维素醚。
10.根据权利要求9所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒制备方法，其特征在于，步骤(2)中的混合机制为：先在混合料中加入2.4wt％～3.0wt％纤维素醚进行干混，干混的时间为4～6min，然后加入14wt％～18wt％的水进行湿混，湿混的时间为10～13mins；
步骤(4)中的干燥处理的温度为80～120℃、干燥时间为35～40h；
步骤(5)中的冷等静压成型的压力为150～250MPa；
步骤(6)中的吊装烧结的烧结温度为1350～1380℃，烧结时长28～32h。
11.根据权利要求10所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒制备方法，其特征在于，步骤(2)的湿混过程中，还加入0.8wt％～1.2wt％的乙二醇。
12.一种权利要求1-8任一项所述的抗热震及高温体积稳定的陶瓷辊棒的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将骨料按配方进行配料，并经球磨、压滤处理，得到混合料；
(2)将所述混合料加入粘结剂，进行真空练泥制备成泥料；
(3)将所述泥料经真空挤出成型，得到坯件；
(4)将所述坯件进行干燥处理，干燥后的坯件水分控制在≤0.6％；
(5)将干燥后的坯件在窑炉中吊装烧结，得到辊棒成品；
其中，所述骨料以重量份计的配方为：
高岭土 15～18份
耐火粘土 3～5份
堇青石 25～30份
滑石粉 14～16份
菱镁矿 1～3份
硅石粉 2～3份
氧化铝粉 4～5份
刚玉莫来石辊棒熟料 13～16份
硅酸锆 5～9份
碳酸钡 1～3份
氧化钴 1～3份；
所述粘结剂为树脂或木质素磺酸钙溶液中的一种或多种。
13.根据权利要求12所述的急冷带专用的抗弯陶瓷辊棒制备方法，其特征在于，步骤(2)中的混合机制为：将混合料与0.5～1.5％的热固性酚醛树脂或木质素磺酸钙溶液进行混合；
步骤(4)中的干燥处理的温度为80～150℃、干燥时间为12～18h；
步骤(5)的吊装烧结的烧结温度为1350～1380℃，烧结时间为28～32h。
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