CN109851374A - 防爆裂、长寿命锡槽底砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种防爆裂、长寿命锡槽底砖及其制备方法。所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖以铝酸钙颗粒为骨料，活性α‑氧化铝细粉作为粘结剂和高温结合剂，铝酸钙水泥细粉为胶结剂，硅微粉为填充剂，外加高效添加剂、分散剂和水制成，通过调整颗粒级配、添加高效添加剂，防止了生坯的烘干与烧成中的爆裂，同时可加快烘干和缩短烧成周期，提高了产品的强度和致密度，防爆裂能力强、氢扩散率低、耐碱金属氧化物Na₂O的侵蚀、使用寿命长；所述的制备方法为经配料、混料、振动浇注成型、养护烘干后高温烧成制成锡槽底砖，成本低廉，简单易行，科学合理，便于大规模的工业生产。

Description

防爆裂、长寿命锡槽底砖及其制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种防爆裂、长寿命锡槽底砖及其制备方法。

背景技术

锡槽底砖作为锡槽内衬的关键耐火材料，用来储存锡液，使熔化后的玻璃液流入锡槽，漂浮在锡液上形成平滑的板状玻璃。目前市场上使用的多数为粘土砖质，其制造工艺为捣打和浇注振动成型。其在烧结过程中低温阶段由于结合水的不易排除，容易产生爆裂，导致烧成需要控制升温速率，周期较长；使用过程中，砖体与金属锡液有化学反应、与Na₂O有化学反应产生霞石化体积膨胀和剥离，导致对玻璃的污染和使用寿命降低。

目前铝酸钙锡槽底砖主要有淄博工陶耐火材料有限公司制造的等静压成型品和国外奥镁公司制造的大吨位液压成型品两种，都具备了较低的氢扩散率、与金属锡液无化学反应、与Na₂O无化学反应的长寿命特点。但是奥镁公司制造的锡槽底砖由于成型方式的问题，存在内部层裂缺陷，且价格较高，影响客户使用；本发明人有权的专利CN102557688B公开了一种锡槽底砖及其制备方法，采用配料、等静压成型、缓慢烧结大型砖坯的方式，制造了防侵蚀、长寿命的高端产品，但等静压锡槽底砖砖坯低温结合强度低，制造烧结时低温段控制不好也容易出现裂纹，同时制造成本高，影响了在国内外的推广使用。

中国专利CN1125208A公开一种锡槽底砖生产工艺，包括主要制坯原料的配制工艺、辅助制坯原料的配制工艺、锡槽底砖砖坯的制作工艺及锡槽底砖砖坯的烧制工艺。主要制坯原料是由75～85％的焦宝石，20～25％的粘土组成，辅助制坯原料是由纸浆1～2％，氢氧化铝0.5～2％及94～96％的水组成，主要制坯原料与辅助制坯原料按1:0.3～0.6混合，经捣打制坯工艺制成砖坯，再经烧制工艺烧制成锡槽底砖。捣打的方式易使坯体气孔结构和内外致密度分布不均，内部出现裂纹，同时影响氢扩散率的大小。

中国专利申请02139024.X(公告号CN1269748C)公开了一种用于浮法玻璃生产线中锡槽砌筑的锡槽底砖。该锡槽底砖由以下成份组成(重量份)：硅铝熟料为60～90份、低铝质细粉220～250目为20～30份、硅砖粉＞250目为5～10份、硅微粉为4～6份、结合剂为3～5份、减水剂为0.05～0.2份、水为5.0～7.5份。由于本发明的锡槽底砖基质部分采用高铝水泥作结合剂，烧结过程中低温过程结合水很难排除，控制不好升温速率，蒸汽压会短时增大，使砖坯烧成前期造成爆裂。

中国专利申请CN104649566A公开了一种锡槽底砖的制备方法，包括按一定比例将铝矾土、砂岩用高速离心气流粉碎机粉碎，过200目筛得混合粉料，并与硅铝熟料、铝酸盐水泥混合均匀，再加入占其混合物质量8％的水搅拌均匀，最后加入三聚磷酸钠搅拌30min，得到浆料；将得到的所述浆料放入模具中振动成型，静置3h，脱模，得到砖坯，再静置养护3天；通过真空吸附器将所述砖坯放到垫板上，将放置在所述垫板上的所述砖坯连同所述垫板一起送入辊道窑炉内烧制，烧制温度控制在1300℃范围内，烧制60分即得本锡槽底砖。制得的锡槽底砖具有抗碱侵蚀能力强，使用寿命长的特点。本发明中采用水和水泥较多，在低温过程不易排除，结合水排出阶段，坯体的强度低，容易出现裂纹甚至爆裂。

在实际的制造和使用过程中，有必要对现有工艺技术进行改善，以找到更加简单易行，科学合理的方法：一方面进一步实现更有效易控制的制备方法，另一方面，达到烘干和烧成中的砖坯的防爆裂，增加产品成品率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防爆裂、长寿命锡槽底砖，防爆裂能力强、氢扩散率低、耐碱金属氧化物Na₂O的侵蚀、使用寿命长；同时本发明还提供其制备方法，成本低廉，简单易行，科学合理，便于大规模的工业生产。

本发明所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖，由以下质量百分比的原料外加高效添加剂、分散剂和水制成：

所述的高效添加剂包括缓凝剂、防泌水剂和防爆剂，添加量为上述原料总质量的0.01～0.2％；

所述的分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵或聚羧酸，添加量为上述原料总质量的0.05～1.0％；

所述的水的添加量为上述原料总质量的5～7％。

所述的铝酸钙颗粒为烧结或电熔铝酸钙，主要成分为CaO 21～24wt％、Al₂O₃ 73～75wt％、Fe₂O₃≤0.2wt％，主要矿物相为二铝酸钙，气孔率＜5％，体积密度＞2.5g/cm³，铝酸钙颗粒中最大粒径为15mm，优选最大粒径为10mm。

所述的铝酸钙水泥细粉作为胶结剂，优选自合成铝酸钙细粉或电熔铝酸钙水泥，最优选烧结纯铝酸钙水泥，铝酸钙水泥中Al₂O₃的含量≥65wt％，优选Al₂O₃的含量≥70wt％，优选粒径＜0.044mm。

所述的活性α-氧化铝细粉作为粘结剂和高温结合剂，优选双峰氧化铝微粉，其Al₂O₃含量≥99.5wt％，优选粒径≤1μm。

所述的硅微粉为填充剂，其SiO₂的含量≥92wt％，优选SiO₂的含量≥96wt％。

所述的原料的颗粒重量级配为：

粒径＞1mm的粗颗粒 40～65％

0.1mm≤粒径≤1mm的中颗粒 10～25％

粒径＜0.1mm的细粉料 20～35％。

所述的缓凝剂为草酸、柠檬酸或酒石酸，添加量为原料总质量的0.01～0.1％。通过添加缓凝剂，延迟了水泥的水化，减缓了水泥水化的水化热速率，防止坯体产生膨胀，避免了坯体裂纹的产生，提高了产品合格率。

所述的防泌水剂为高分子防泌水产品，优选武汉善达化工有限公司生产的SaceelT20，添加量为原料总质量的0.001～0.005％。通过添加防泌水剂防止泥料浮水产生分层。

所述的防爆剂为铝粉、防爆纤维、偶氮二甲酰胺或乳酸铝中的一种、两种或多种，两种或多种时任意比例混合，优选铝粉或防爆纤维中的一种或两种，添加量为原料总质量的0.01～0.1％。通过添加防爆剂，使坯体产生了排气的通道，降低了加热过程中的蒸汽压，避免了制造过程中坯体的开裂，同时可大大缩短了坯体的烘干和烧结周期。

本发明所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：将原料铝酸钙颗粒、高效添加剂、分散剂、铝酸钙水泥细粉、活性α-氧化铝微粉和硅微粉按配方指示书称量后依次加入到锥式搅拌机内干混5～30分钟使其混合均匀，得到混料，将混料再放入强力搅拌机内，加入计量的水后在搅拌机内混炼3～30分钟制成泥料(称量好的水溶性添加剂可提前加入定量水中充分溶解好)；

(2)振动浇注成型：将步骤(1)所得泥料注入组装好的模具中，使用振动平台进行振动成型，同时采用振动棒辅助振动强力振动排气泡3～30分钟，将坯体内部的大部分气泡排出得到坯体；

(3)脱模干燥：步骤(2)所得坯体固化6～24小时后脱模，自然养护1～2天，80～110℃下烘干12～48小时；

(4)烧成：10～200℃的升温速度为1～3℃/分钟，200～700℃的升温速度2～5℃/分钟，700℃至1250～1400℃的升温速度3～5℃/分钟，在1250～1400℃保温，保温时间为8～48小时，停火降温，随窑炉自然冷却后，即得防爆裂、长寿命锡槽底砖。

由于水泥水化产生结合水较多，原有技术需要缓慢升温，防止坯体的爆裂；现有技术通过加入防爆剂后，产生了便于通气的联通通道，给水分提供了快速挥发溢出的通道和降低了蒸汽压，避免了坯体的爆裂。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过调整颗粒级配和添加高效添加剂，防止了生坯的烘干与烧成中的爆裂，同时可加快烘干和缩短烧成周期，提高了产品的强度和致密度；

(2)本发明制备的防爆裂、长寿命锡槽底砖防爆裂能力强、氢扩散率低、耐碱金属氧化物Na₂O的侵蚀、使用寿命长；

(3)本发明提供的制备方法，成本低廉，简单易行，科学合理，便于大规模的工业生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不局限本发明的实施。

实施例中所用到的所有原料若无特殊说明，均为市购。

以下实施例和对比例中所用原料中的铝酸钙颗粒、活性α-氧化铝细粉、拉法基水泥和硅微粉的化学成分重量百分比见表1，实施例和对比例所用的原料及重量比见表2。

实施例1

所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖的制备方法，包括如下步骤：

(1)配料：将原料铝酸钙颗粒、高效添加剂、分散剂、铝酸钙水泥细粉、活性α-氧化铝细粉和硅微粉按配方指示书称量后依次加入锥式搅拌机干混10分钟使其混合均匀，再放入强力搅拌机加水在搅拌机内混炼5分钟制成泥料；

(2)振动浇注成型：将步骤(1)所得泥料注入组装好的模具中，使用振动平台进行振动成型5分钟，同时采用振动棒辅助振动强力振动排气泡3分钟，将坯体内部的大部分气泡排出得到坯体；

(3)脱模干燥：待步骤(2)所得坯体固化6小时后脱模，自然养护1天，110℃下烘干12小时后，入窑烧成；

(4)烧成：10～200℃的升温速度为3℃/分钟，200～700℃的升温速度5℃/分钟，700℃至1300℃的升温速度5℃/分钟，在1300℃保温，保温时间为24小时，停火降温，随窑炉自然冷却后，即得防爆裂、长寿命锡槽底砖。

实施例2～5

实施例2～5防爆裂、长寿命锡槽底砖的制备方法均与实施例1相同，实施例3和5制备方法中烧成温度为1300℃，实施例2和4的烧成温度为1370℃。

对比例1～2

对比例1～2防爆裂、长寿命锡槽底砖的原料配比见表2，其制备方法均与实施例1相同。

对实施例1～5和对比例1～2制成的防爆裂、长寿命锡槽底砖进行性能检测，检测项目及数据见表2。

体积密度和气孔率采用GB/T2997-2000致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法测定；常温耐压强度采用GB/T5072-2008耐火材料常温耐压强度试验方法测定；初凝时间采用GB8076-1997耐火浇注料的相关规定方法测定；氢扩散率采用JC/T926-2003《浮法玻璃用锡槽底砖(附录A氢扩散度试验方法)》进行测定；防爆裂试验采用YB-T 4117-2003致密耐火浇注料抗爆裂性试验方法进行测定。

表1

表2

实施例1～5添加了不同量的缓凝剂，初凝时间得到进一步的提高，在缓凝剂量达到0.06wt％时，初凝时间延长到150分钟，解决了对比例1-2初凝时间30分钟无法振动浇注的问题，达到最佳的振动浇注操作的时间。

实施例1～5添加了0.003wt％的防泌水剂，为了解决提高初凝时间加长浇注面会浮水的问题。

实施例1～5添加了不同类和不同比例的防爆剂，特别是实施例5符合防爆剂的添加，在低温阶段升温速率6℃/分钟条件下坯体不产生爆裂，而对比例1～2不产生爆裂的升温速率为3℃/分钟，实施例相对对比例1～2提高了1倍。从而大大提高了生产效率，降低了产品的废品率。

实施例1～5的气孔率、体积密度、耐压强度和对比例1～2无明显差别，对于锡槽底砖特别要求的氢扩散率都能达到较高水平(≤150mmH₂O)。

以上用实施例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种防爆裂、长寿命锡槽底砖，其特征在于：由以下质量百分比的原料外加高效添加剂、分散剂和水制成：

所述的高效添加剂包括缓凝剂、防泌水剂和防爆剂，添加量为上述原料总质量的0.01～0.2％；

所述的分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵或聚羧酸，添加量为上述原料总质量的0.05～1.0％；

所述的水的添加量为上述原料总质量的5～7％。

2.根据权利要求1所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖，其特征在于：所述的铝酸钙颗粒为烧结或电熔铝酸钙，主要成分为CaO 21～24wt％、Al₂O₃ 73～75wt％、Fe₂O₃≤0.2wt％，主要矿物相为二铝酸钙，气孔率＜5％，体积密度＞2.5g/cm³；所述的铝酸钙水泥细粉中Al₂O₃的含量≥65wt％。

3.根据权利要求1所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖，其特征在于：所述的活性α-氧化铝细粉中Al₂O₃含量≥99.5wt％，中位径≤1μm。

4.根据权利要求1所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖，其特征在于：所述的硅微粉中SiO₂的含量≥92wt％，中位径＜5μm。

5.根据权利要求1所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖，其特征在于：所述的原料的颗粒重量级配为：

粒径＞1mm的粗颗粒 40～65％

0.1mm≤粒径≤1mm的中颗粒 10～25％

粒径＜0.1mm的细粉料 20～35％。

6.根据权利要求1所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖，其特征在于：所述的缓凝剂为草酸、柠檬酸或酒石酸，添加量为原料总质量的0.01～0.1％。

7.根据权利要求1所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖，其特征在于：所述的防泌水剂为高分子防泌水产品，添加量为原料总质量的0.001～0.005％。

8.根据权利要求1所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖，其特征在于：所述的防爆剂为铝粉、防爆纤维、偶氮二甲酰胺或乳酸铝中的一种、两种或多种，添加量为原料总质量的0.01～0.1％。

9.一种权利要求1所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)配料：将铝酸钙颗粒、高效添加剂、分散剂、铝酸钙水泥细粉、活性α-氧化铝细粉和硅微粉依次加入到锥式搅拌机内干混5～30分钟使其混合均匀，得到混料，将混料再放入强力搅拌机内，加水后在搅拌机内混炼3～30分钟制成泥料；

(2)振动浇注成型：将步骤(1)所得泥料注入模具中，使用振动平台进行振动成型，同时采用振动棒辅助振动3～30分钟，得到坯体；

(3)脱模干燥：步骤(2)所得坯体固化6～24小时后脱模，自然养护1～2天，80～110℃下烘干12～48小时；

(4)烧成：将烘干后的坯体入窑，升温至1250～1400℃，保温8～48小时，停火降温，自然冷却后，即得防爆裂、长寿命锡槽底砖。

10.根据权利要求9所述的防爆裂、长寿命锡槽底砖的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的升温，10～200℃的升温速度为1～3℃/分钟，200～700℃的升温速度为2～5℃/分钟，700℃至1250～1400℃的升温速度为1～3℃/分钟。