CN109095902B - 一种玻璃窑炉用铺面砖及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种玻璃窑炉用铺面砖及其生产工艺，所述的铺面砖由以下重量份的原料制成：天然锆英砂30‑50份、氧化铝粉30‑50份、纯碱1‑3份、萤石粉1‑5份、硅石粉2‑8份和二氧化钛8‑16份，本申请通过合理控制各种成分之间的比例，以及对保温材料进行合理选择，使制备的铺面砖具有优异的性能，本发明在实施过程中还对制备砖的砂型进行了改进，砂型改进后一个保温箱中一次可以生产15块铺面砖，并且铺面砖的质量好，合格率高，生产过程中不用频繁回炉，大大减少了料液抛洒，缩短了浇铸时间，提高了生产效率。

Description

一种玻璃窑炉用铺面砖及其生产工艺
技术领域
本发明属于铺面砖的生产技术领域，具体涉及一种玻璃窑炉用铺面砖及其生产工艺。
背景技术
凡是能够在炉窑砌筑工程上使用，熔点高于1588℃以上的材料制品统称“耐火制品”也叫耐火砖，耐火砖按其化学与矿物质的可分为：黏土质、高铝质、硅质、半硅质、镁质、镁铝质、镁硅质、镁铬质、白云石质、刚玉质、锆刚玉质、莫来石质、锆莫来石质、石英质、氧化铝质与碳化硅质等。
耐火材料是指耐火度至少为1500℃的无机非金属材料。耐火度是指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下，抵抗高温作用而不软化熔倒的摄氏温度。耐火材料广泛用于冶金、化工、石油、机械制造、硅酸盐、动力等工业领域，在冶金工业中用量最大，占总产量的50％～60％。耐火材料根据耐火度的高低可分为普通耐火材料、高级耐火材料和特级耐火材料。
高温熔窑是使用耐火砖进行砌筑的窑体，在金属冶炼和玻璃制造行业是最重要的生产设施，其中玻璃窑对耐火砖还有一个特殊的要求，由于玻璃液具有一定的腐蚀性，因此要求用于玻璃窑砌筑的耐火砖具有良好的高温耐腐蚀性能。此外，由于玻璃生产是典型的高能耗工业项目，其中熔窑热量损失也是产生能耗的一部分，因此如果能够降低耐火砖的导热性能，也会相应降低玻璃窑的能耗。
例如，中国专利申请申请2016100430920中公开了一种氧化锌回转窑用不定型耐火材料及内衬砖的生产工艺，本发明所用原料以镁铝尖晶石、优质高铝矾土、电熔镁砂为主，添加一定数量的结合剂、减水剂和防爆剂，做成节能效果良好的内衬砖。不定型耐火材料同传统的烧成制品相比，流程简单，减少了砖坯压制，高温烧成等生产工序，在生产制造过程中可节省大量能耗和人力、物力。在施工过程中，可在窑体焊接锚固件，增强耐火材料的整体性，避免定型制品的抽签掉砖状况的发生；对于定型制品不好施工的部位，可用不定型耐火材料支胎浇注施工。但是该申请并没有涉及内衬砖的导热性能。
因此，玻璃窑炉用铺面砖不仅要求砖具有很高的耐火性、具有优异的耐腐蚀性，并且具有导热性低，保温性能较好的特点。
例如，中国专利申请2018101740158中公开了一种玻璃窑用耐腐蚀保温砖，该发明涉及耐高温材料技术领域，具体涉及一种玻璃窑用耐腐蚀保温耐火砖该，耐火砖中含有以下原料成分：轻质莫来石、铝氮复合材料、镁铝尖晶石、脱硅锆石、二氧化钼细粉、鳞片石墨、结合剂、稀释剂。其中，铝氮复合材料是将氧化钛粉末和金属铝粉按4:1的质量比混合均匀，然后将混合粉料在氮气气氛中高温烧结，生成的以氧化铝和氮化钛为主体的高温陶瓷结合相材料。结合剂选用聚碳硅烷，结合剂使用前预先加入稀释剂进行稀释，稀释剂选用二氯乙烷、二甲苯和正己烷中的一种。本发明的耐火砖具有很高的耐火度，耐腐蚀性能优秀，并且具有导热性差的特点，保温性能较好。但是该申请中公开的耐火砖是将各种粉料通过成型机挤压成型的，各种粉料在混合时会出现混合不均匀的现象，即在烧结时各种返料不能均匀的反应，从而影响所制备的砖的性能，是生产的砖容易出现裂纹或缺角。
并且目前用于生产玻璃窑炉铺面砖的生产工艺，主要是单块生产，即一个砂型中只能生产一块铺面砖，这样生产的铺面砖产品合格率低，并且产品的冒口所占面积比较大，从而增加了生产成本，保温箱中只能放置很少量的砂型，即生产效率很低，从而增加了生产成本，拖延了生产周期。
综上所述，在生产过程中不仅要提高窑炉铺面砖的各种性能，还要提高生产效率，降低生产成本，使生产的铺面砖具有更高的合格率，一直是工业生产中急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明一方面提供了一种玻璃窑炉用铺面砖，该铺面砖具有很高的耐火性、耐腐蚀性，并且导热性能差，保温性好，在生产中可以保证较高的产品合格率。另一方面，本发明还提供了一种所述铺面砖的生产工艺，该生产工艺可以增加铺面砖的生产效率，降低生产成本，缩短生产工期，实现了铺面砖的大批量生产。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种玻璃窑炉用铺面砖，按重量份数计，所述铺面砖中含有以下原料成分：天然锆英砂30-50份、氧化铝粉30-50份、纯碱1-3份、萤石粉1-5份、硅石粉 2-8份和二氧化钛8-16份。
优选的，上述玻璃窑炉用铺面砖，按重量份数计，所述铺面砖中含有以下原料成分：天然锆英砂35-45份、氧化铝粉35-45份、纯碱1-2份、萤石粉2-4 份、硅石粉3-7份和二氧化钛9-15份。
再优选地，上述玻璃窑炉用铺面砖，按重量份数计，所述铺面砖中含有以下原料成分：天然锆英砂40-45份、氧化铝粉40-45份、纯碱2-3份、萤石粉2- 3份、硅石粉4-6份和二氧化钛10-12份。
在一些具体实施方案中，上述玻璃窑炉用铺面砖，所述的天然锆英砂和氧化铝粉的重量比为1：1-1.2；优选为1：1-1.1；进一步优选为1：1。
所述的天然锆英砂与纯碱的重量比为15-20：1；优选为16-18：1；进一步优选为17-18：1。
所述的萤石粉与纯碱的重量比为0.5-4：1；优选为0.8-3：1；进一步优选为1-2：1。
所述的硅石粉和二氧化钛的重量比为1：1-5；优选为1：2-4；进一步优选为1：2-3。
上述玻璃窑炉用铺面砖的生产工艺，包括以下步骤：
(1)将配方用量的各原料按比例混合均匀，然后加热熔化，得到熔化液，在1820℃-1850℃条件下将熔化液浇铸进保温箱的砂型中；
(2)熔化液在保温箱中保温退火10-15天后出箱，得到铺面砖粗品；
(3)将步骤(2)中得到的铺面砖粗品进行清砂、切冒口以及研磨各面后，包装，得到铺面砖成品。
上述玻璃窑炉用铺面砖的生产工艺，具体包括以下步骤：
(1)将配方用量的各原料按比例混合均匀，然后加入电弧炉中加热熔化，的得到熔化液，在1820℃-1850℃将熔化液浇铸进保温箱的砂型中；
(2)熔化液在保温箱中保温退火10-15天后出箱，得到铺面砖粗品；
(3)将步骤(2)中得到的铺面砖粗品进行清砂、切冒口以及研磨各面后，包装，得到铺面砖成品。
上述步骤(1)和步骤(2)中所述的的保温箱中填充有保温材料；所述的的保温材料为石英砂和硅铝球中的一种或两种；优选为石英砂和硅铝球，其质量比为1：1。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
(1)本申请所用的原料以天然锆英砂和氧化铝粉为主，添加了一定含量的纯碱、萤石粉、硅石粉和二氧化钛，在制备过程中控制各种成分的含量以及质量比，使制备的玻璃窑炉用铺面砖具有良好的耐高温性能和耐腐蚀性能，本发明实施过程中意外地发现按照本申请中公开的含量以及质量比添加纯碱和萤石可以明显提高铺面砖的热震稳定性能。
(2)本申请通过控制各种成分的含量以及质量比，尤其是二氧化钛和硅石粉的加入并且本发明在制备过程中首先将各种成分进行高温熔化，从而是各种组分得到充分混合，使制备的铺面砖具有更好的保温性能，明显降低了铺面砖的导热性能。
(3)本发明公开制备的铺面砖具有更好的耐高温性能、耐磨性能、耐腐蚀性能，满足窑炉的使用条件，既可以保温又能降低窑内热量的损耗，防止了因为高温而引起的窑体变形。
(4)本申请在具体实施过程中对砂型进行改进，将传统单块生产的砂型改进成五块一组的砂型，传统的单块生产产品合格率较低，容易出现裂纹或缺角现象，并且在生产中冒口所占空间较大，生产成本较高；另外，保温箱中放置数量较少，循环生产效率较低；本申请改进后的砂型一个保温箱中一次可以生产15块铺面砖，并且铺面砖的质量好，合格率高，生产过程中不用频繁回炉，大大减少了料液抛洒，缩短了浇铸时间，提高了生产效率。
(5)本申请所使用的保温箱中的保温材料采用的是质量比为1：1的石英砂和硅铝球，使用本发明公开的保温材料，可以保证铺面砖平稳降温，从而提高了铺面砖合格率，明显降低了不良产品的产生，减少了浪费，进而保护了环境。
说明书附图
图1：改进前的砂型示意图；
图2：改进前的砂型置于保温箱的示意图；
图3：改进后的砂型示意图；
图4：改进后的砂型置于保温箱的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1一种玻璃窑炉用铺面砖
配方：天然锆英砂30份、氧化铝粉30份、纯碱1.6份、萤石粉1.5份、硅石粉2份和二氧化钛8份。
制备方法：具体包括以下步骤：
(1)将配方用量的各组份按比例混合均匀，然后加入电弧炉中加热熔化，的得到熔化液，在1820℃条件下将熔化液浇铸进保温箱的砂型中；
(2)熔化液在保温箱中保温退火12天后出箱，得到铺面砖粗品；
(3)将步骤(2)中得到的粗品进行清砂、切冒口以及研磨各面后，包装，得到铺面砖成品。
步骤(1)和步骤(2)中所述的的保温箱中填充有保温材料，所述的保温材料石英砂。
实施例2一种玻璃窑炉用铺面砖
配方：天然锆英砂35份、氧化铝粉38份、纯碱1.8份、萤石粉2.2份、硅石粉3份和二氧化钛9.5份。
制备方法：具体包括以下步骤：
(1)将配方用量的各组份按比例混合均匀，然后加入电弧炉中加热熔化，的得到熔化液，在1840℃条件下将熔化液浇铸进保温箱的砂型中；
(2)熔化液在保温箱中保温退火10天后出箱，得到铺面砖粗品；
(3)将步骤(2)中得到的粗品进行清砂、切冒口以及研磨各面后，包装，得到铺面砖成品。
步骤(1)和步骤(2)中所述的的保温箱中填充有保温材料，所述的保温材料硅铝球。
实施例3一种玻璃窑炉用铺面砖
配方：天然锆英砂40份、氧化铝粉45份、纯碱2.1份、萤石粉1.8份、硅石粉4.5份和二氧化钛10份。
制备方法：具体包括以下步骤：
(1)将配方用量的各组份按比例混合均匀，然后加入电弧炉中加热熔化，的得到熔化液，在1850℃条件下将熔化液浇铸进保温箱的砂型中；
(2)熔化液在保温箱中保温退火13天后出箱，得到铺面砖粗品；
(3)将步骤(2)中得到的粗品进行清砂、切冒口以及研磨各面后，包装，得到铺面砖成品。
步骤(1)和步骤(2)中所述的的保温箱中填充有保温材料，所述的保温材料为质量比为1：1的硅铝球和石英砂。
实施例4一种玻璃窑炉用铺面砖
配方：天然锆英砂42份、氧化铝粉45份、纯碱2.4份、萤石粉2.5份、硅石粉6份和二氧化钛10份。
制备方法：具体包括以下步骤：
(1)将配方用量的各组份按比例混合均匀，然后加入电弧炉中加热熔化，的得到熔化液，在1850℃条件下将熔化液浇铸进保温箱的砂型中；
(2)熔化液在保温箱中保温退火15天后出箱，得到铺面砖粗品；
(3)将步骤(2)中得到的粗品进行清砂、切冒口以及研磨各面后，包装，得到铺面砖成品。
步骤(1)和步骤(2)中所述的的保温箱中填充有保温材料，所述的保温材料为质量比为1：1的硅铝球和石英砂。
实施例5一种玻璃窑炉用铺面砖
配方：天然锆英砂45.2份、氧化铝粉45.6份、纯碱2.5份、萤石粉2.8份、硅石粉6.8份和二氧化钛12份。
制备方法：与实施例4相同。
实施例6一种玻璃窑炉用铺面砖
配方：天然锆英砂48.1份、氧化铝粉49.1份、纯碱2.8份、萤石粉3.4份、硅石粉7.2份和二氧化钛14份。
制备方法：与实施例4相同。
实施例7一种玻璃窑炉用铺面砖
配方：天然锆英砂50份、氧化铝粉49.8份、纯碱3份、萤石粉4.5份、硅石粉8份和二氧化钛15.6份。
制备方法：与实施例4相同。
对比例1
与实施例4的不同在于配方中天然锆英砂和氧化铝粉的质量比为1：0.5，其他组份与制备方法与实施4相同。
对比例2
与实施例4的区别在于配方中天然锆英砂和氧化铝粉的质量比为1：2，其他组份与制备方法与实施4相同。
对比例3
与实施例4的区别在于配方中天然锆英砂与纯碱的质量比为10：1，其他组份与制备方法与实施4相同。
对比例4
与实施例4的区别在于配方中天然锆英砂与纯碱的质量比为30：1，其他组份与制备方法与实施4相同。
对比例5
与实施例6的区别在于配方中萤石和纯碱的质量比为0.1:1，其他组份与制备方法与实施6相同。
对比例6
与实施例6的区别在于配方中不含萤石，其他组份与制备方法与实施6相同。
对比例7
与实施例6的区别在于配方中硅石粉和二氧化钛的质量比为1:0.5，其他组份与制备方法与实施6相同。
对比例8
与实施例6的区别在于配方中不含二氧化钛，其他组份与制备方法与实施 6相同。
对比例9
与实施例5的区别在于保温材料使用了质量比为1:5的硅铝球和石英砂。
对比例10
中国专利申请201810174015.8中公开的一种玻璃窑用耐腐蚀保温耐火砖。
检测试验
1、合格率检测
采用两种不同砂型进行生产并对产品合格率进行比较：
砂型1：其特征为将石英砂和水玻璃(水玻璃占石英砂重量的6-8％)混合，做成50×500×650板2块，50×75×650板2块，50×175×500板1块，共计5块砂型板。加上浇铸冒口一套，装进干燥箱中烘干，然后拼成砂型，其具体结构如图1所示；将按图1制备的砂型放进保温箱中，用保温材料填好，如图2所示。
砂型2：对砂型1进行了改进，其特征为将石英砂和水玻璃(水玻璃占石英砂重量的6-8％)混合，做成50×500×650板6块，50×75×650板10块， 50×500×675板1块，共计17块砂型板，加上浇铸冒口一套，装进干燥箱中烘干，然后拼成砂型，其具体结构如图3所述，将按图3制备的砂型放进保温箱中，用保温材料填好，如图4所示。
分别采用上述两种砂型对实施例5-7所述的配方和工艺制备铺面转，并检测合格率，统计数据如下：统计样本量为200块砖/组。
合格率检测的标准是铺面砖可以正常使用，裂纹少，没有缺角。
表1
根据上表数据可以明显看出使用砂型1生产铺面砖的砂型生产铺面砖的合格率比较低，并且容易出现裂纹和缺角，并且该砂型冒口比较大，所占空间大，依次增加了生产成本，保温箱中只能放置6个沙型，因此一次只能生产6块砖，循环生产效率低，增加生产成本，拖延生产周期，且铺面砖的合格率最该只能达到85％左右。而使用砂型2生产铺面砖的砂型生产铺面砖的合格率明显提高，裂纹和缺角现象明显减少，并且生产效率提高，可以一次性生产15块砖，浇铸时成组生产，不用频繁回炉，大大减少了料液抛洒，缩浇铸时间，提高了生产效率，且铺面砖的合格率可以高达98％。
按照实施例1-7和对比例1-10的配方及制备方法用砂型2进行生产，并检测合格率，统计数据如下：统计样本量为200块砖/组。
表2
实例 合格 不合格 合格率％
实施例1 192 8 96.0
实施例2 191 9 95.5
实施例3 194 6 97.0
实施例4 193 7 96.5
实施例5 196 4 98.0
实施例6 194 6 97.0
实施例7 195 5 97.5
对比例1 176 24 88.0
对比例2 174 26 87.0
对比例3 173 27 85.0
对比例4 175 25 87.5
对比例5 174 26 87.0
对比例6 172 28 86.0
对比例7 175 25 87.5
对比例8 174 26 87.0
对比例9 176 24 88.0
对比例10 168 32 84.0
由上表2的数据可以明显看出本发明优化后的砂型2生产的铺面砖的合格率明显提高，出现裂纹以及缺角的现象明显减少，并且生产效率提高，可以一次性生产15块砖，浇铸时成组生产，不用频繁回炉，大大减少了料液抛洒，缩浇铸时间，提高了生产效率，且铺面砖的合格率可以高达98.0％。
2、静态下抗玻璃液侵蚀速率、显气孔率、热膨胀率、气泡析出率的检测数据
表3
根据上表3的检测数据，可以明显看出使用本发明中公开的成分进行玻璃窑炉铺面砖的生产过程中，制备的铺面砖的性能明显优于现有技术中公开的耐火砖，并且本申请通过严格控制各种原料的质量比，使制备的玻璃砖具有优异的性能，用于玻璃窑炉中静态下抗玻璃液侵蚀速率、显气孔率、热膨胀率和气泡析出率都符合行业标准，增加了窑炉的使用寿命，进而提高玻璃液性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种玻璃窑炉用铺面砖，其特征在于：按重量份数计，所述铺面砖中含有以下原料成分：天然锆英砂30-50份、氧化铝粉30-50份、纯碱1-3份、萤石粉1-5份、硅石粉2-8份和二氧化钛8-16份；
所述的天然锆英砂和氧化铝粉的重量比为1：1-1.2；
所述的天然锆英砂与纯碱的重量比为15-20：1；
所述的萤石粉与纯碱的重量比为0.5-4：1；
所述的硅石粉和二氧化钛的重量比为1：1-5。
2.根据权利要求1所述的玻璃窑炉用铺面砖，其特征在于：按重量份数计，所述铺面砖中含有以下原料成分：天然锆英砂35-45份、氧化铝粉35-45份、纯碱2.5-3份、萤石粉2-4份、硅石粉3-7份和二氧化钛9-15份。
3.根据权利要求1或2所述的玻璃窑炉用铺面砖的生产工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）将配方用量的各原料按比例混合均匀，然后加热熔化，得到熔化液，在1820℃-1850℃条件下将熔化液浇铸进保温箱的砂型中；
（2）熔化液在保温箱中保温退火10-15天后出箱，得到铺面砖粗品；
（3）将步骤（2）中得到的铺面砖粗品进行清砂、切冒口以及研磨各面后，包装，得到铺面砖成品。
4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于：步骤（1）和步骤（2）中所述的保温箱中填充有保温材料。
5.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于：所述的保温材料为质量比为1：1的石英砂和硅铝球。
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