专利名称：一种硅砖及其制备方法
技术领域：
本发明属于耐火材料技术领域。具体涉及一种硅砖及其制备方法。
背景技术：
硅砖是SiA含量在93%以上的酸性耐火材料，具有荷重软化点高、高温下体积膨胀小，耐酸性渣侵蚀的特点，主要用在焦炉、玻璃熔窑和有色金属冶炼工业中。硅质耐火材料的主要缺点是，由于二氧化硅的多晶转变导致较大的体积变化，使其在600°C以下的抗热震性差，且成品率低；其次是耐火度不高，这限制了硅砖的广泛应用。各种晶型转变在硅砖烧成及冷却过程中进行，伴随着很大的体积效应，使砖内发生应力，导致破裂，加上砖坯在烧成温度下形成的熔液量较少，SiO2由石英向鳞石英的转变过程缓慢，因此硅砖的烧成比其它耐火材料困难得多。由于硅质耐火材料的最高烧成温度高达1380 1450°C，且烧成时间长，一般波动于20 48小时，需要消耗大量的资源。硅石原料中的S^2在烧成过程中会挥发，对环境及大气造成严重污染。直到上世纪70年代末期，我国焦炉硅砖的研究与生产水平还较低，主要体现在 质量指标不稳定，真密度大，鳞石英含量低，杂质与残余石英的含量高等，从而影响了焦炉硅砖的使用性能。20世纪末期，在山西硅砖厂和河南洛阳耐火材料厂生产出鳞石英60 70%左右，残余石英< 的焦炉用硅砖，但是与国外水平相比鳞石英含量仍然较低。在制备高质量焦炉硅砖方面，近年也有一些发展，如文献“提高焦炉硅砖质量的途径”(张慧荣，耐火材料，1998，32 (4) 222 224)、“高致密耐火材料的生产与性能研究”(王立平，耐火与石灰，2009，；34(3) 15 18)和“纳米复合硅砖及其制备方法”(CN101265073) 专利技术。虽然上述文献和专利均不同程度将硅砖中的磷石英含量提高至70 80%，改善了硅砖的性能，但烧成温度较高，烧成时间最高达到72h，耗费大量资源，制备工艺复杂，生产成本也较高，不适于工业生产。
发明内容
本发明的任务在于提供一种工艺简单，生产成本低、烧成温度较低和环保节能的硅砖制备方法，用该方法制备的硅砖荷重软化点高、致密度好和强度高。为完成上述任务，本发明采用的技术方案是将55 75wt%的硅石骨料、17 32wt%的硅石细粉、2 8wt%的硅微粉和2 6wt%的矿化剂混合，外加上述混合料0. 5
的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25 35°C /h的升温速率升温至 1000 1400°C，保温8 1 Oh，制得硅砖。在上述技术方案中硅石骨料的SiO2含量彡98wt%，硅石骨料的颗粒级配是3 1謹的颗粒为55 65wt %，1謹以下的颗粒为；35 45wt % ；硅石细粉的SiR含量彡98wt %， 硅石细粉的粒径彡0. 088mm ；硅微粉的SW2含量为90 98wt%，硅微粉的粒径彡10 μ m ；矿化剂为石灰乳与狗0的混合物，其中FeO为20 40wt%，石灰乳为60 80wt% ；压制成型的压力为100 120MPa。由于采用上述技术方案，本发明将硅微粉添加到硅砖中，硅微粉属于无定形的玻璃态结构，具有析晶倾向，能够在较低的温度下析出过热的α-石英，转变为亚稳方石英， 在液相存在的情况下，石英和亚稳方石英不断地溶解入液相，析出具有稳定结构的α -鳞石英；而且硅微粉粒子超细、比表面积大、表面能高和反应活性大，有利于加快石英向亚稳方石英转变的速度，促进S^2晶型转变为稳定的鳞石英结构，降低硅砖的烧成温度；硅微粉中含有的少量杂质在烧成过程中会形成液相，提高烧结推动力，增加烧结致密度，提高硅砖的高温力学性能和热学性能。因此，本发明制备工艺简单、生产成本低、烧成温度较低和环保节能，所制备的硅砖在烧成过程中能够生成大量的鳞石英，具有荷重软化点高，残余石英少，体积变化小，致密度高，强度高的特点。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制在本具体实施方式
中硅石骨料的SiO2含量彡98wt%，硅石骨料的颗粒级配是 3 Imm的颗粒为55 65wt%，Imm以下的颗粒为；35 45wt % ；硅石细粉的SW2含量彡98wt%，硅石细粉的粒径彡0. 088mm ；硅微粉的SW2含量为90 98wt%，硅微粉的粒径彡10 μ m ；矿化剂为石灰乳与!^eO的混合物，其中FeO为20 40wt%，石灰乳为60 80wt% ；压制成型的压力为100 120MPa。以下实施例中不再赘述。实施例1 一种硅砖及其制备方法先将55 60wt %的硅石骨料、沘 32wt %的硅石细粉、6 8wt %的硅微粉和4 6wt%的矿化剂混合，外加上述混合料0. 5 1. 5wt%的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型； 干燥后置入高温炉中，以25 ;35°C /h的升温速率升温至1000 1250°C，保温8 10h，制
得硅砖。本实施例1中所制备的硅砖经检测110°C干燥后，显气孔率为20 22%，耐压强度为48 60MPa ； 1000 1250°C烧后耐压强度为70 88MPa，真密度为2. 32 2. 34g/cm3, 0. 2MPa荷重软化开始温度1680 1692°C，耐火度1710 1715°C。实施例2一种硅砖及其制备方法。先将58 63wt%的硅石骨料、25 30衬％的硅石细粉、5 7wt%的硅微粉、4 6wt%的矿化剂混合，外加上述混合料1 2wt%的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25 35°C /h的升温速率升温至1150 13000C，保温8 IOh，制得硅砖。本实施例2中所制备的硅砖经检测110°C干燥后，显气孔率为18 21%，耐压强度为55 68MPa ；1150 1300°C烧后耐压强度为86 105MPa，真密度为2. 31 2. 34g/ cm3,0. 2MPa荷重软化开始温度1690 1698°C，耐火度1715 1722°C。实施例3一种硅砖及其制备方法。先将62 66wt%的硅石骨料、M ^wt%的硅石细粉、 4 6wt %的硅微粉和3 5wt %的矿化剂混合，外加上述混合料1. 5 2. 5wt %的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25 35°C /h的升温速率升温至1250 14000C，保温8 IOh,制得硅砖。本实施例3中所制备的硅砖经检测110°C干燥后，显气孔率为19. 5 22%，耐压强度为48 62MPa ；1250 1400°C烧后耐压强度为75 92MPa，真密度为2. 32 2. 35g/ cm3,0. 2MPa荷重软化开始温度1685 1695°C，耐火度1714 1720°C。实施例4一种硅砖及其制备方法。先将65 69wt%的硅石骨料、21 25wt%的硅石细粉、 3 5wt%的硅微粉和3 6wt%的矿化剂混合，外加上述混合料2 3wt%的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25 35°C /h的升温速率升温至1200 13000C，保温8 IOh，制得硅砖。本实施例4中所制备的硅砖经检测110°C干燥后，显气孔率为20. 5 23%，耐压强度为50 64MPa ； 1200 1300°C烧后耐压强度为78 90MPa，真密度为2. 33 2. 35g/ cm3,0. 2MPa荷重软化开始温度1686 1692°C，耐火度1712 1718°C。实施例5一种硅砖及其制备方法。先将68 72wt%的硅石骨料、18 23wt%的硅石细粉、 3 5wt %的硅微粉和2 5wt %的矿化剂混合，外加上述混合料2. 5 3. 5wt %的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25 35°C /h的升温速率升温至1300 14000C，保温8 IOh，制得硅砖。本实施例5中所制备的硅砖经检测110°C干燥后，显气孔率为21. 5 23%，耐压强度为48 65MPa ； 1300 1400°C烧后耐压强度为75 89MPa，真密度为2. 32 2. 34g/ cm3,0. 2MPa荷重软化开始温度1682 1690°C，耐火度1712 1718°C。实施例6一种硅砖及其制备方法。先将71 75wt%的硅石骨料、17 20wt%的硅石细粉、 2 5wt%的硅微粉和2 5wt%的矿化剂混合，外加上述混合料3 的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25 35°C /h的升温速率升温至1100 12500C，保温8 IOh,制得硅砖。本实施例6中所制备的硅砖经检测110°C干燥后，显气孔率为22 23. 5%，耐压强度为47 63MPa ； 1100 1250°C烧后耐压强度为72 85MPa，真密度为2. 33 2. 35g/ cm3,0. 2MPa荷重软化开始温度1684 1695°C，耐火度1713 1719°C。本具体实施方式
将硅微粉添加到硅砖中，硅微粉属于无定形的玻璃态结构，具有析晶倾向，能够在较低的温度下析出过热的α -石英，转变为亚稳方石英，在液相存在的情况下，石英和亚稳方石英不断地溶解入液相，析出具有稳定结构的α-鳞石英；而且硅微粉粒子超细、比表面积大、表面能高和反应活性大，有利于加快石英向亚稳方石英转变的速度，促进S^2晶型转变为稳定的鳞石英结构，降低硅砖的烧成温度；硅微粉中含有的少量杂质在烧成过程中会形成液相，提高烧结推动力，增加烧结致密度，提高硅砖的高温力学性能和热学性能。因此，本具体实施方式
制备工艺简单、生产成本低、烧成温度较低和环保节能， 所制备的硅砖经检测110°c干燥后，显气孔率为18 23. 5%，耐压强度为47 68MPa ； 1000 1400°C烧后耐压强度为70 105MPa，真密度为2. 31 2. 35g/cm3，0. 2MPa荷重软化开始温度1680 1698°C，耐火度1710 1722°C。该硅砖在烧成过程中能够生成大量的鳞石英，具有荷重软化点高，残余石英少，体积变化小，致密度高，强度高的特点。
权利要求
1.一种硅砖的制备方法，其特征在于将55 75wt%的硅石骨料、17 32wt%的硅石细粉、2 8wt %的硅微粉和2 6wt %的矿化剂混合，外加上述混合料0. 5 %的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25 35°C /h的升温速率升温至 1000 1400°C，保温8 1 Oh，制得硅砖。
2.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的硅石骨料的SiO2含量彡98wt% ；硅石骨料的颗粒级配是3 Imm的颗粒为55 65wt%，Imm以下的颗粒为；35 45wt%。
3.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的硅石细粉的SiO2含量彡98wt%，硅石细粉的粒径彡0. 088mm。
4.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的硅微粉的SiO2含量为 90 98wt%，硅微粉的粒径彡10 μ m。
5.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的矿化剂为石灰乳与FeO 的混合物，其中FeO为20 40wt%，石灰乳为60 80wt%。
6.根据权利要求1所述的硅砖的制备方法，其特征在于所述的压制成型的压力为 100 120MPa。
7.根据权利要求1 6项中任一项所述的硅砖的制备方法所制备的硅砖。
全文摘要
本发明具体涉及一种硅砖及其制备方法。其技术方案是将55～75wt％的硅石骨料、17～32wt％的硅石细粉、2～8wt％的硅微粉和2～6wt％的矿化剂混合，外加上述混合料0.5～4wt％的亚硫酸纸浆废液，混练，压制成型；干燥后置入高温炉中，以25～35℃/h的升温速率升温至1000～1400℃，保温8～10h，制得硅砖。本发明制备工艺简单、生产成本低、烧成温度较低和环保节能，所制备的硅砖在烧成过程中能够生成大量的鳞石英，具有荷重软化点高，残余石英少，体积变化小，致密度高、强度高的特点。
文档编号C04B35/66GK102167606SQ201110023758
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者彭耐, 朱晶晶, 顾华志 申请人:武汉科技大学