CN114249580A - 一种玻璃窑用高性能镁砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种玻璃窑用高性能镁砖及其制备方法。重量份数包括如下组分，浮选菱镁矿高纯烧结镁砂80～95份，超细镁砂粉5～15份，高纯氧化硅粉0.05～0.5份；高纯硅酸镁粉0.05～0.5份；结合剂1.0～3.5份。所述结合剂为不含硫酸盐成分的工业糊精。本发明提供的玻璃窑用高性能镁砖，与传统的高纯镁砖相比，主要原料采用浮选菱镁矿高纯烧结镁砂，节约了资源；制品烧结温度降低了70℃，节约了能源；使用不含硫酸盐的工业糊精，利于环保。在性能方面，抗碱侵蚀性能及抗热震性更优，蠕变率更小，具有优异的市场应用前景。

Description

一种玻璃窑用高性能镁砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种玻璃窑用高性能镁砖及其制备方法。
背景技术
玻璃窑炉是高温熔融炉，需要连续运行8～15年，与之相配的蓄热室是玻璃窑炉正常运行中助燃风和废气的通道，因而需要保证良好的使用效果。蓄热室的最高温度可以达到1450℃～1550℃，玻璃窑中的飞料容易粘在耐火材料表面，耐火材料容易产生堵塞，从而导致结构的破坏。
镁质耐火材料具有高熔点以及优良的抗侵蚀性的优点，适合在高温碱性侵蚀严重的部位使用。为提高玻璃窑蓄热室的使用寿命，蓄热室的中上部多采用MgO≥97％的镁砂原料来进行制备镁质耐火材料。现有玻璃窑用高纯镁砖的制作工艺以天然一级或特级菱镁矿为原料，经轻烧、压球、高温竖窑烧结获得的高纯镁砂为主要原料，结合剂使用含硫酸盐的纸浆废液或纸浆干粉，然后经超高温隧道窑以1750℃温度烧成。由于结合剂含有硫酸盐，高温烧结后不可避免产生含硫氧化物，对环境造成不利影响。随着菱镁矿资源的不断开采，高品位的一级、特级菱镁矿资源逐渐减少，导致整体镁砂原料品质下降，给玻璃窑用高纯镁砖的制造工艺带来困难。随着选矿技术的发展，使用低品位三级矿进行浮选获得高品位菱镁矿技术逐渐开展。现采用反正浮选联合的工艺进行菱镁矿提纯，再通过轻烧、重烧方法获得高纯度镁砂。浮选工艺获得的镁砂原料SiO2含量可低至0.3wt％，MgO含量可达到97.5wt％以上，为制备玻璃窑用高性能镁砖提供了原料基础。
耐火材料行业作为高温行业，其发展将以碳达峰、碳中和为主线，耐火材料的生产过程需要技术进步以及节能降耗。目前，镁质耐火材料的烧结温度高，尤其高纯镁砖烧结温度在1750℃～1810℃，消耗的能源多；获得的镁质耐火材料的抗热震性(950℃，空气急冷)为8次左右。在双碳目标下，玻璃窑炉的使用寿命要求至少达到8年以上。这需要研发出节省能源且制造过程环保、使用寿命更长的高性能镁砖。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提出一种玻璃窑用高性能镁砖及其制备方法。发明提供的原料适用于玻璃窑用高性能镁砖，所述原料具有良好的均匀性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种玻璃窑用高性能镁砖，包括浮选菱镁矿高纯烧结镁砂、超细镁砂粉、高纯氧化硅粉、高纯硅酸镁粉、结合剂。
上述的一种玻璃窑用高性能镁砖，按重量份数包括如下组分，
Figure BDA0003473688270000021
上述的一种玻璃窑用高性能镁砖，所述浮选菱镁矿高纯烧结镁砂为颗粒镁砂和细粉镁砂，SiO2含量小于0.3wt％，MgO含量大于97.5wt％。所述颗粒镁砂的粒径分别为0.096～0.999mm，1～3.5mm，细粉镁砂的粒径为0.074mm以下。
上述的一种玻璃窑用高性能镁砖，所述超细镁砂粉MgO含量高于97.0wt％，粒径为15μm以下。
上述的一种玻璃窑用高性能镁砖，所述高纯氧化硅粉和高纯硅酸镁粉的粒径为25μm以下和45μm以下，其纯度高于97.0wt％。
上述的一种玻璃窑用高性能镁砖，所述结合剂为不含硫酸盐的工业糊精。
上述任一种玻璃窑用高性能镁砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照上述的份数，将超细镁砂粉、高纯氧化硅粉和高纯硅酸镁粉混合5min～10min，获得混合均匀的混合粉；
(2)将颗粒镁砂以及结合剂混合5min～10min，得到混合均匀的混合料1；
(3)在混合料1中，加入细粉镁砂混合5min～8min，得到混合均匀的混合料2；
(4)在混合料2中，加入混合粉，再混合12～15min，得到混合均匀的混合料3；
(5)将混合料3装入模具，液压成型；
(6)成型后干燥、烧结，获得玻璃窑用高性能镁砖。
上述的玻璃窑用高性能镁砖的制备方法，步骤(6)中，干燥温度为90℃～120℃，干燥时间为36～72h。
上述的玻璃窑用高性能镁砖的制备方法，步骤(6)中，烧结温度为1630℃～1680℃，保温时间为200min～260min。
为了提高玻璃窑用高性能镁砖的综合性能，本发明选择加入超细镁砂粉、高纯氧化硅粉、高纯硅酸镁粉与浮选菱镁矿高纯烧结镁砂合用。高纯氧化硅粉和高纯硅酸镁粉是制备玻璃窑用高性能镁砖的关键，为保证制备获得的玻璃窑用高性能镁砖的优良性能，本发明所用的高纯氧化硅粉和高纯硅酸镁粉纯度高于97.0wt％。其中，采用超细镁砂粉是为了更好的烧结，降低烧结温度；采用高纯氧化硅粉、高纯硅酸镁粉是为了增加颗粒与颗粒表面、颗粒与粉体表面的接触面积，易于烧结，同时降低烧结温度，保证后续玻璃窑用高性能镁砖烧结过程中不产生开裂及变形，提高了抗碱侵蚀性能以及抗热震性(950℃，空气急冷)。
为了提高玻璃窑用高性能镁砖的综合性能，本发明选择不含硫酸盐成分的工业糊精为结合剂。利用工业糊精的大分子链遇水具有柔性特点，增加镁砂颗粒与颗粒表面、颗粒与粉料的物理结合，提高素坯的体积密度，且更易于烧结。
本发明进一步对各组分的相对用量进行优选，可以使各组分之间发挥协同作用，确保液压成型时具有良好的体积形状，且烧结时收缩量小，变形量小。
与现有技术相比，本发明提供的玻璃窑用高性能镁砖，与传统镁砖相比，降低了烧结温度，抗碱侵蚀性能更好，抗热震性(950℃，空气急冷)和蠕变性能更优。本发明通过选用特定的添加粉并控制各组分的用量，实现了玻璃窑用高性能镁砖的制备。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种玻璃窑用高性能镁砖，其原料组成为：180kg浮选菱镁矿高纯烧结镁砂(40kg 0.096～0.999mm颗粒镁砂，100kg 1～3.5mm颗粒镁砂，40kg 0.074mm以下细粉镁砂)，20kg粒径为15μm以下的超细镁砂粉(MgO含量高于97.0wt％)，0.6kg粒径为25μm以下的高纯氧化硅粉(纯度高于97.0wt％)，0.3kg粒径为45μm以下的高纯硅酸镁粉(纯度高于97.0wt％)，6kg工业糊精与水混合成结合剂(浓度为50wt％)。所述超细镁砂粉由摆式磨粉机进行二次旋风分离获得。
本实施例同时提供了所述玻璃窑用高性能镁砖的制备方法，具体为：
(1)超细镁砂粉、高纯氧化硅粉和高纯硅酸镁粉采用振动磨的方式进行混合5min，获得混合均匀的混合粉；
(2)将浮选菱镁矿高纯烧结镁砂颗粒以及结合剂采用立轴行星式快速搅拌机混合12min，得到混合料1；
(3)在混合料1中，加入浮选菱镁矿高纯烧结镁砂细粉采用立轴行星式快速搅拌机混合8min，得到混合均匀的混合料2；
(4)在混合料2中，加入混合粉，采用立轴行星式快速搅拌机再混合10min，得到混合均匀的混合料3；
(5)将混合料3装入模具，采用2500T液压机液压成型；
(6)成型后在90℃～120℃下干燥36h；
(7)干燥后的坯体在1660℃下进行烧结，烧结4h，获得玻璃窑用高性能镁砖。
所述的浮选菱镁矿高纯烧结镁砂采用的颗粒镁砂粒径为0.096～0.999mm，1～3.5mm，细粉镁砂粒径为0.074mm以下；其重量比为2:5:2。
实施例2
本实施例提供了一种玻璃窑用高性能镁砖，其原料组成为：165kg浮选菱镁矿高纯烧结镁砂(50kg 0.096～0.999mm颗粒镁砂，85kg 1～3.5mm颗粒镁砂，30kg 0.074mm以下细粉镁砂)，15kg粒径为15μm以下的超细镁砂粉(MgO含量高于97.0wt％)，0.5kg粒径为25μm以下的高纯氧化硅粉(纯度高于97.0wt％)，0.3kg粒径为45μm以下的高纯硅酸镁粉(纯度高于97.0wt％)，5.5kg的工业糊精与水混合成结合剂(质量浓度为50wt％)。所述超细镁砂粉由摆式磨粉机进行二次旋风分离获得。
本实施例同时提供了所述玻璃窑用高性能镁砖的制备方法，具体为：
(1)超细镁砂粉、高纯氧化硅粉和高纯硅酸镁粉采用振动磨进行混合5min，获得混合均匀的混合粉；
(2)将浮选菱镁矿高纯烧结镁砂颗粒以及结合剂采用立轴行星式快速搅拌机混合12min，得到混合料1；
(3)在混合料1中，加入浮选菱镁矿高纯烧结镁砂细粉采用立轴行星式快速搅拌机混合8min，得到混合均匀的混合料2；
(4)在混合料2中，加入混合粉，采用立轴行星式快速搅拌机再混合10min，得到混合均匀的混合料3；
(5)将混合料3装入模具，采用2500T液压机液压成型；
(6)成型后在90℃～120℃下干燥36h；
(7)干燥后的坯体在1640℃下进行烧结，烧结4h，获得玻璃窑用高性能镁砖。
所述的浮选菱镁矿高纯烧结镁砂采用的颗粒镁砂粒径为0.096～0.999mm，1～3.5mm，细粉镁砂粒径为0.074mm以下；其重量比为10:17:6。
分别用实施例1～2制备获得的玻璃窑用高性能镁砖，产品化学分析如表1所示，产品的物理性能如表2所示。表1和表2中的“高纯镁砖”为现有技术的产品，实施例1～2为本发明制备的玻璃窑用高性能镁砖。
表1产品化学成分
化学成分 SiO<sub>2</sub>(％) Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>(％) CaO(％) MgO(％)
高纯镁砖 0.74 0.14 0.76 1.06 97.12
实施例1 0.66 0.12 0.57 1.27 97.24
实施例2 0.63 0.14 0.67 1.23 97.22
表2产品性能指标
物理性能 高纯镁砖 实施例1 实施例2
体积密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.95 3.01 3.00
显气孔率(％) 15.8 14.7 14.8
常温耐压强度(MPa) 96.7 76.5 75.6
荷重软化温度(0.2MPa，T<sub>0.6</sub>，℃) ＞1700 ＞1700 ＞1700
抗热震性(950℃空气急冷) 8 22 23
蠕变率(1550℃×50h) -0.58 -0.44 -0.42
抗碱侵蚀性 有侵蚀料粘挂 无侵蚀料粘挂 无侵蚀料粘挂
由表1和表2的结果可知，本发明提供的玻璃窑用高性能镁砖与现有的镁砖相比，玻璃窑用高性能镁砖的SiO2含量更低，烧结温度比现有镁砖的烧结温度降低了70℃左右。获得的玻璃窑用高性能镁砖，产品综合性能指标更优化；此时CaO与SiO2质量比值大于1.87，且Fe2O3含量较低，高温性能优良。结合剂工业糊精遇水具有柔性，与颗粒的结合性好，加入高纯氧化硅粉呈球型结构，减小颗粒间摩擦力，有助于成型。同时，高纯氧化硅粉具有高活性的特点，和高纯硅酸镁粉及超细镁砂粉合用能促进烧结并强化玻璃窑用高性能镁砖的基质部分；颗粒间润湿效果更好，促进方镁石晶粒长大，增强了晶粒之间的结合能力；玻璃窑用高性能镁砖的高温韧性也得到了提高。本发明获得的玻璃窑用高性能镁砖高温体积稳定性更好，抗玻璃碱性飞料侵蚀能力更好，抗热震性能及蠕变性能更优。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种玻璃窑用高性能镁砖，其特征在于，包括浮选菱镁矿高纯烧结镁砂、超细镁砂粉、高纯氧化硅粉、高纯硅酸镁粉、结合剂。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃窑用高性能镁砖，其特征在于，按重量份数包括如下组分，
Figure FDA0003473688260000011
3.根据权利要求1或2所述的一种玻璃窑用高性能镁砖，其特征在于，所述浮选菱镁矿高纯烧结镁砂为颗粒镁砂和细粉镁砂，所述颗粒镁砂的粒径分别为0.096～0.999mm，1～3.5mm，细粉镁砂的粒径为0.074mm以下。
4.根据权利要求1或2所述的一种玻璃窑用高性能镁砖，其特征在于，所述超细镁砂粉MgO含量高于97.0wt％，粒径为15μm以下。
5.根据权利要求1或2所述的一种玻璃窑用高性能镁砖，其特征在于，所述高纯氧化硅粉和高纯硅酸镁粉的粒径为25μm以下和45μm以下，其纯度高于97.0wt％。
6.根据权利要求1或2所述的一种玻璃窑用高性能镁砖，其特征在于，所述结合剂为不含硫酸盐的工业糊精。
7.权利要求1～6所述的玻璃窑用高性能镁砖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照权利要求1～6所述的份数，将超细镁砂粉、高纯氧化硅粉和高纯硅酸镁粉混合5min～10min，获得混合均匀的混合粉；
(2)将颗粒镁砂以及结合剂混合5min～10min，得到混合均匀的混合料1；
(3)在混合料1中，加入细粉镁砂混合5min～8min，得到混合均匀的混合料2；
(4)在混合料2中，加入混合粉，再混合12～15min，得到混合均匀的混合料3；
(5)将混合料3装入模具，液压成型；
(6)成型后干燥、烧结，获得玻璃窑用高性能镁砖。
8.根据权利要求7所述的玻璃窑用高性能镁砖的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，干燥温度为90℃～120℃，干燥时间为36～72h。
9.根据权利要求7所述的玻璃窑用高性能镁砖的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，烧结温度为1630℃～1680℃，保温时间为200min～260min。
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