CN112939589B - 一种抗热震性陶质砖及其制备方法 - Google Patents

一种抗热震性陶质砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗热震性陶质砖及其制备方法，抗热震性陶质砖包括以下重量百分比的原料：15～17%铝矸石、4～6%青石、18～20%粘土、4～6%白云石、10～12%熔融石英、24～26%砂岩和17～19%高温砂。所述抗热震性陶质砖通过减少石英和青石的用量，提高铝矸用量，以减少配方中硅元素和钙元素的含量，增加配方中铝元素和镁元素的含量，抗热震性陶质砖的坯体的吸水率下降，提高坯体烧结度；还增宽抗热震性陶质砖的烧成范围，使抗热震性陶质砖能够在断面温差较大的宽体窑炉中保持较好的烧成效果。坯体在断面温差较大的宽体窑炉的烧制过程中晶型转换合理，从而改善成品抗热震的稳定性，以解决因宽体窑炉断面温差较大而导致砖成品的抗热震性能降低的问题。

Description

一种抗热震性陶质砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑陶瓷领域，尤其涉及一种抗热震性陶质砖及其制备方法。
背景技术
在现代追求高产量、低能耗、低成本的趋势下，大产量宽体窑炉逐步被广泛使用。但宽体窑炉本身也存在缺点，宽体窑炉的宽度大于普通窑炉的宽度，而空气的导热性能不佳，因此，如果砖体的烧成周期过快，将导致宽体窑炉宽度方向的断面温差较大，砖的烧成温度和冷却温度难以精确控制，进而使坯体在烧制和冷却过程中晶体转换不稳定，导致成品的抗热震性能降低，使成品遇急热急冷情况容易出现釉裂和暗裂的问题，不符合生产需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种抗热震性陶质砖，以解决现有砖体在宽体窑炉烧制时抗热震性能低的问题，另外，本发明还提出一种抗热震性陶质砖的制备方法，以制备上述抗热震性陶质砖，达到使砖体适应现有宽体窑炉生产的目的。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种抗热震性陶质砖，包括以下重量百分比的原料：
铝矸石 15～17%、
青石 4～6%、
粘土 18～20%、
白云石 4～6%、
石英 10～12%、
砂岩 24～26%、
高温砂 17～19%。
所述的一种抗热震性陶质砖中，所述抗热震性陶质砖的热膨胀系数为6.2×10-6～6.5×10-6/℃。
所述的一种抗热震性陶质砖中，所述铝矸石含35～40％的Al2O3，所述青石含38%～42%的CaCO3，所述白云石含26%～30%的CaCO3，并含16%～20%的MgCO3，所述熔融石英含75%～80%的SiO2，砂岩含12%～16%的Al2O3，并含65～70%的SiO2，所述高温砂含15%～20%的Al2O3，并含65～70%的SiO2。
所述的一种抗热震性陶质砖中，所述粘土中Al2O3的含量为35～40wt％。
本发明提供了一种抗热震性陶质砖的制备方法，所述抗热震性陶质砖的制备方法应用于宽体窑炉，用于制备上述的用于抗热震性陶质砖，包括以下步骤：
按照配比称取原料，并将原料粉碎，使原料的粒径≦0.5mm；
将粉碎后原料经过配料——混合——湿法球磨——混浆处理，获得粉料泥浆；
将粉料泥浆干燥，获得粉料；
将粉料陈腐48h；
将粉料压制成型，获得生坯，干燥生坯；
修坯，并在生坯表面淋釉后，入宽体窑炉烧制，获得所述抗热震性陶质砖。
所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法中，所述烧制过程的烧成温度为350～1130℃，烧成周期为48～55min，所述生坯的烧结温度为1120～1130℃。
所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法中，所述压制成型时的压力为21000～25000MPa，所述生坯的致密度值1.9～2.0g/cm3。
所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法中，所述原料球磨后的细度为250目。
所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法中，所述粉料泥浆的水分干燥至6.0～6.6%时，进行制成粉料。
所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法中，获得所述生坯后，需要将所述生坯的水分干燥至为0.2～0.5%。
本发明所述抗热震性陶质砖可以具有以下有益效果：
本发明所述的抗热震性陶质砖通过减少石英和青石的用量，提高铝矸用量，以减少配方中硅元素和钙元素的含量，增加配方中铝元素和镁元素的含量。如此设置，抗热震性陶质砖的坯体的吸水率下降，提高坯体烧结度。而且，还增宽抗热震性陶质砖的烧成范围，使抗热震性陶质砖能够在断面温差较大的宽体窑炉中保持较好的烧成效果。坯体在断面温差较大的宽体窑炉的烧制过程中晶型转换合理，解决573℃时β-石英→α-石英转变时产生的瞬间膨胀的问题，从而改善成品抗热震的稳定性，以解决因宽体窑炉断面温差较大而导致成品的抗热震性能降低的问题。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供了一种抗热震性陶质砖，包括以下重量百分比的原料：
铝矸石 15～17%、
青石 4～6%、
粘土 18～20%、
白云石 4～6%、
熔融石英 10～12%、
砂岩 24～26%、
高温砂 17～19%。
所述抗热震性陶质砖由铝矸石、青石、白云石、粘土、熔融石英、砂岩和高温砂加工而成。其中，铝矸石为高铝含量的矸石，成分主要为Al2O3和SiO2。粘土是一种多种含水硅酸盐的矿物的混合物，其主要化学组成也是Al2O3和SiO2，粘土和煤矸石配合使用，能够很好地改善砖的抗温度急变性。砂岩和高温砂主要起到提供铝元素和硅元素的作用。白云石提供钙元素和镁元素的作用。
本发明通过减少石英和青石的用量，提高铝矸用量，以减少配方中硅元素和钙元素的含量，增加配方中铝元素和镁元素的含量。如此设置，抗热震性陶质砖的坯体的吸水率下降，提高坯体烧结度，在配方中减少了硅元素的含量，从而减少游离石英的量，降低石英在高温参与发生反应时造成的影响。而且，还增宽抗热震性陶质砖的烧成范围，使抗热震性陶质砖能够在断面温差较大的宽体窑炉中保持较好的烧成效果。坯体在断面温差较大的宽体窑炉的烧制过程中晶型转换合理，解决温度降至低于573℃时，β-石英向α-石英转变时产生的瞬间膨胀的问题，从而改善成品抗热震的稳定性，以解决因宽体窑炉断面温差较大而导致成品的抗热震性能降低的问题。
通过加入白云石引入氧化镁，氧化镁具有助熔的作用，有助于玻璃相的形成；含氧化镁的玻璃相表面张力大，还能增强玻璃相的弹性，提高其机械强度。此外，还使用砂岩和高温砂代替熔融石英，在烧制时，可减少坯体中残余游离石英，从而增加坯体韧性当抗热震性陶质砖置于急冷急热环境时，砖面不易产生釉裂和暗裂。
具体地，所述抗热震性陶质砖的热膨胀系数为6.2×10-6～6.5×10-6/℃。按照本发明配方制得的抗热震性陶质砖，热膨胀系数可以达到6.2×10-6～6.5×10-6/℃，能够很好地耐受急冷急热环境。经过检测，按照本发明配方制得的抗热震性陶质砖的抗热震可在180℃温度水冷6次不裂，可以应用于高压釜中，其完全可以满足高压釜对陶质砖的性能要求。热膨胀系数越高，抗热震越好，但热膨胀系数超过6.5×10-6/℃后，后续生产无法操作。
优选地，在具体实施例中，所述铝矸石含35～40％的Al2O3，所述青石含38%～42%的CaCO3，所述白云石含26%～30%的CaCO3，并含16%～20%的MgCO3，所述石英含75%～80%的SiO2，砂岩含12%～16%的Al2O3，并含65～70%的SiO2，所述高温砂含15%～20%的Al2O3，并含65～70%的SiO2，以确保要保原料化学成分的相对稳定，避免原料中的化学成分偏差而对抗热震性陶质砖的抗热震性能产生影响。
优选地，所述粘土中Al2O3的含量为35～40wt％。经过反复的试验和选择，使用Al2O3的含量为35～40wt％的粘土时，可有效提高陶质砖的抗温度急变性。
本发明还提供了一种抗热震性陶质砖的制备方法，所述抗热震性陶质砖的制备方法应用于宽体窑炉，用于制备上述的用于抗热震性陶质砖，包括以下步骤：
按照配比称取原料，并将原料粉碎，使原料的粒径≦0.5mm；
将粉碎后原料进行球磨处理，获得粉料泥浆；
将粉料泥浆干燥，获得粉料；
将粉料陈腐48h；
将粉料压制成型，获得生坯，干燥生坯；
修坯，并在生坯表面淋釉后，入宽体窑炉烧制，获得所述抗热震性陶质砖。
本发明所述的制备方法中先按照上述的配比称取原料，随后对原料进行粉碎处理；在球磨前先对原料进行粉碎，使原料粉碎成粒径≦0.5mm的小颗粒，可增强后续球磨的效果，进一步将原料磨细，使原料颗粒更加细腻。在球磨后，粉料泥浆陈腐24h，以原料的氧化和水解反应的进行，从而改善粉料泥浆的性能，从而提高坯体的强度，减少烧成后的变形机会，进而减少抗热震性陶质砖出现釉裂和暗裂的机会。陈腐24h后，干燥粉料泥浆，制成粉料，再将粉料陈腐48h。随后，将粉料压制成生坯；待生坯干燥后，修整坯体，并淋釉，釉包括底釉和面釉，在具体实施例中，底釉比重1.82±0.02g，施釉量110±2g，面釉比重1.8±0.02g，施釉量200±2g；最后，经过入窑烧制，获得所述抗热震性陶质砖。
具体地，所述烧制过程的烧成温度为350～1130℃，烧成周期为48～55min，所述生坯的烧结温度为1120～1130℃。根据本发明所述的抗热震性陶质砖配方，所述抗热震性陶质砖为陶质砖，吸水率为10～20%，因此，所述抗热震性陶质砖的烧成温度范围在350～1130℃之间，烧成温度范围非常广，适用于宽体窑炉，即使宽体窑炉的断面温差较大，导致陶质砖的烧成温度和冷却温度难以精确控制，本发明所述的抗热震性陶质砖也能够在宽体窑炉内烧成。而且，由于烧成温度范围广，烧制过程中升温和保温的时间可相应缩短，从而加快烧成周期，有效地降低了生产能耗，提高了生产效率。
具体地，所述压制成型时的压力为21000～25000MPa，所述生坯的致密度值1.9～2.0 g/cm3。为获得结构致密、均匀和尺寸准确的制品，需要将粉料压制成型。在一个较优的实施例中，采用上、下双向加压方式，压力为25000MPa，使生坯的致密度值1.9～2.0 g/cm3。
当压制成型时的压力小于21000MPa时，产品无法成型，而压制成型时的压力大于25000MPa时，会增加设备投入金额，增加生产成本。
致密度指的是单位面积内生坯的重量，若致密度过低，说明生坯强度不均匀，容易产生裂纹等缺陷；若致密度过高，产品烧成过程中氧化不好，导致抗热震性陶质砖中的有机物未燃烧殆尽，造成砖面颜色异常，且影响砖面平整度，严重时，还会产生鼓包。
可选地，所述原料球磨后的细度为250目。在一个较优的实施例中，原料球磨后的细度为250目，保证原料能充分润湿，而且保证抗热震性陶质砖的致密性和均匀性。
具体地，所述粉料泥浆的水分干燥至6.0～6.6%时，进行制成粉料。经过试验证明：水分低于6.0%时生坯强度不高，容易造成破损；水分超过6.6%时生片坯容易产生分层。
优选地，获得所述生坯后，需要将所述生坯的水分干燥至为0.2～0.5%。生坯的水分干燥至为0.2～0.5%，可减少生坯中的水分，防止在烧成初期升温时因坯体水分大量排放而坯体干燥收缩，从而避免陶质砖在烧制过程中因干燥收缩而出现釉裂和暗裂的问题。
实施例组A
一种抗热震性陶质砖的制备方法，包括以下步骤：
按照配比称取原料，并将原料粉碎，使原料的粒径≦0.5mm；原料配比如表1所示；
将粉碎后原料进行球磨处理，将原料球磨至250目，获得粉料泥浆；
将粉料泥浆陈腐24h；
将粉料泥浆干燥至6.0～6.6%，获得粉料；
将粉料陈腐48h；
将粉料压制成型，压制压力为25000MPa，获得生坯，生坯的致密度值1.9～2.0g/cm3；将生坯的水分干燥至为0.2～0.5%；
修坯，并在生坯表面淋釉后，入宽体窑炉烧制，获得所述抗热震性陶质砖。
表1-原料组分配比：
Figure 304470DEST_PATH_IMAGE002
实施例组A与对比例组B中各化学元素占比，见表2：
表2-烧成后抗热震性陶质砖的化学元素配比
Figure 582130DEST_PATH_IMAGE003
原料含大量矿物质，因此，表2中剩余的量为原料中的其他伴生元素，使化学元素配比的和为100%。
对比例组B中对比例1缺少砂岩和高温砂，对比例2缺少白云石，导致对比例1和对比例2造成配方温度低，收缩过大，按照上述的制备方法无法烧制成陶质砖。
实施例3
所述实施例3的组分与实施例1相同，且制备步骤中的压制压力为21000MPa，其他步骤与实施例1相同。
将上述实施例组A和实施例3制得的抗热震性陶质砖进行抗热震检测，制得表3。
所述抗热震检测的方法为：将抗热震仪温度升到180℃±5，把300×600mm的测试样品放置抗热震仪检测挂笼内，加热30min后，挂笼会自动把釉面砖浸入水温10～20℃的水槽内，浸泡5min后挂笼会自动升起，并继续在180℃温度下加热30分钟；重复上述步骤3次后，从抗热震仪取出测试样品，并放置于检测平台，在测试样品的表面涂抹上蓝墨水，5min后用清水擦洗测试样品的表面，观察其表面有无釉裂和暗裂。
随后，重新把该测试样品放置抗热震仪检测挂笼内，重复上述步骤3次，再次从抗热震仪取出测试样品，并放置于检测平台；重新在测试样品的表面涂抹上蓝墨水，5min后用清水擦洗测试样品的表面，观察其表面有无釉裂和暗裂。
所述抗热震检测的检测标准：300×600mm的测试样品经过上述检测方法后，测试样品的釉面无釉裂和暗裂。所述抗热震仪为全自动陶瓷砖抗热震测定仪，其型号为SQ006，抗热震仪的水槽温度范围为10～20℃，检测用水循环使用。
表3-测试结果
Figure 96288DEST_PATH_IMAGE004
宽体窑炉宽度大，而空气导热慢，因此，在烧制时宽度方向上的断面温差较大。本发明所述的抗热震性陶质砖通过减少石英和青石的用量，提高铝矸用量，以减少配方中硅元素和钙元素的含量，增加配方中铝元素和镁元素的含量，从而增宽抗热震性陶质砖的烧成范围，使抗热震性陶质砖能够在断面温差较大的宽体窑炉中保持较好的烧成效果，抗热震性陶质砖的坯体在烧制过程中晶型转换合理，从而改善成品抗热震的稳定性，使所述抗热震性陶质砖能够经过6次10℃～180℃急热急冷的测试环境不产生釉裂和暗裂。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种抗热震性陶质砖，其特征在于：包括以下原料的重量百分比：
铝矸石 15～17%、
青石 4～6%、
粘土 18～20%、
白云石 4～6%、
石英 10～12%、
砂岩 24～26%、
高温砂 17～19%；
其中，所述铝矸石含35～40％的Al2O3，所述青石含38%～42%的CaCO3，所述白云石含26%～30%的CaCO3，并含16%～20%的MgCO3，所述石英含75%～80%的SiO2，砂岩含12%～16%的Al2O3，并含65～70%的SiO2，所述高温砂含15%～20%的Al2O3，并含65～70%的SiO2，所述粘土中Al2O3的含量为35～40wt％。
2.根据权利要求1所述的一种抗热震性陶质砖，其特征在于：所述抗热震性陶质砖的热膨胀系数为6.2×10-6～6.5×10-6/℃。
3.一种抗热震性陶质砖的制备方法，其特征在于：所述抗热震性陶质砖的制备方法应用于宽体窑炉，用于制备如权利要求1～2任一项所述的用于抗热震性陶质砖，包括以下步骤：
按照配比称取原料，并将原料粉碎，使原料的粒径≤0.5mm；
将粉碎后原料进行球磨处理，获得粉料泥浆；
将粉料泥浆干燥，获得粉料；
将粉料陈腐48h；
将粉料压制成型，获得生坯，干燥生坯；
修坯，并在生坯表面淋釉后，入宽体窑炉烧制，获得所述抗热震性陶质砖。
4.根据权利要求3所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法，其特征在于：所述烧制过程的烧成温度为350～1130℃，烧成周期为48～55min，所述生坯的烧结温度为1120～1130℃。
5.根据权利要求3所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法，其特征在于：所述压制成型时的压力为21000～25000MPa，所述生坯的致密度值1.9～2.0g/cm3。
6.根据权利要求3所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法，其特征在于：所述原料球磨后的细度为250目。
7.根据权利要求3所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法，其特征在于：所述粉料泥浆的水分干燥至6.0～6.6%时，进行制成粉料。
8.根据权利要求3所述的一种抗热震性陶质砖的制备方法，其特征在于：获得所述生坯后，需要将所述生坯的水分干燥至为0.2～0.5%。
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