专利名称：用于玻璃熔窑的无钙硅锆砖及其制造方法和玻璃熔窑的制作方法
技术领域：
本发明涉及热工设备技术领域，尤其涉及一种用于玻璃熔窑的无钙硅锆砖及其制造方法和玻璃熔窑。
背景技术：
玻璃熔窑指玻璃制造中用于熔制玻璃配合料的热工设备，是玻璃生产企业的主要设备。一般情况下，建造一个玻璃工厂需投资5 8亿元人民币，其中，建造一座玻璃窑炉需投资I. 5 2亿元左右。
玻璃特别是高档艺术玻璃的生产，在生产过程中不但要求融化温度高(1580°C以上)，而且因其特殊的生产制造工艺，经常要求融化温度在1530°C 1600°C范围内变化，因此玻璃熔窑特别是火焰空间，对砌筑窑炉使用的耐火材料要求较高，而目前熔窑空间的耐火材料一般选择硅砖，由于SiO2的晶型变化以及大的膨胀系数，在玻璃生产过程中，硅砖受温度变化影响体积变化大，短时间(通常一年半至两年)内玻璃熔窑即损坏，被迫停产，不仅影响了生产进度，造成极大经济损失；而且更重要的是，硅砖剥落后掉入熔化池中，严重影响了玻璃质量，特别是高挡艺术玻璃的质量。因此，现有硅砖的性能达不到玻璃熔窑的设计要求，严重阻碍了该行业的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于玻璃熔窑的无钙硅锆砖及其制造方法和玻璃熔窑，解决了玻璃熔窑特别是火焰空间部位耐火材料的体积稳定性及抗碱蒸汽侵蚀性差的问题，可提高玻璃熔窑的使用寿命，同时还可避免硅砖剥落掉入熔化池，保障了玻璃产品的质量，提高了经济效益。为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案一种用于玻璃熔窑的无钙硅锆砖，包括78% 90%的SiO2和8% 20%的ZrO2,其中，各单体含量的单位为该单体占所述无钙硅锆砖总质量的质量百分比；所述无钙硅锆砖的体积密度为2. lg/cm3 2. 2g/cm3。优选地,杂质I丐占所述无I丐娃错砖总质量的百分比不超过O. 02%。优选地,杂质Fe2O3的含量不超过所述无I丐娃错砖总质量的O. 05%。可选地，所述无钙硅锆砖的气孔率为19% 21%。优选地，所述无钙硅锆砖的荷重软化温度大于等于1680°C。本发明还提供一种玻璃熔窑，使用了本发明所述的无钙硅锆砖。本发明还提供一种所述无钙硅锆砖的制造方法，包括准备原料，并将所述原料加工到符合要求的颗粒度，制备所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比(质量百分比)如下粒度为I 3mm且纯度不小于99. 9%的熔融石英25 30%，粒度为325目且纯度不小于99. 9%的熔融石英20 25%,
粒度为I 3mm且纯度不小于65. 5%的锆英石25 30%，粒度为325目且纯度不小于65. 5%的错英石15 20%,纯度不小于92%的微硅粉I 2%，粘结剂3 4%;除去所述原料加工过程中出现的氧化铁；
按所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比要求，进行颗粒级配，并加入粘结剂、矿化剂和适量的水进行混合；将配制混合好的所述混合原料密封封存至少2小时，使所述粘结剂、矿化剂和原料进行化学反应；将反应后的混合原料制成砖还;将所述砖坯进行干燥脱水；将干燥好的砖坯进行烧结。优选地，所述粘结剂为55 65%的P2O5和15 25%的Al2O3的混合物，其中，各单体含量的单位为该单体占所述粘结剂总质量的质量百分比；加入上述粘结剂时，所述将干燥好的砖坯进行烧结，具体为将干燥好的砖坯加温至大于等于600度，烧结至少3小时。可选地，所述将反应后的混合原料制成砖坯，具体为通过机压、手工捣打或浇注成型中的任一方式，将反应后的混合原料制成砖坯。优选地，所述制备所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比(质量百分比)如下粒度为I 3mm且纯度不小于99. 9%的熔融石英30%，粒度为325目且纯度不小于99. 9 %的熔融石英20 %，粒度为I 3mm且纯度不小于65. 5%的锆英石30%，粒度为325目且纯度不小于65. 5%的错英石15%,纯度不小于92%的微娃粉I. 5%,粘结剂3.5%。本发明提供了一种无钙硅锆砖及其制造方法和玻璃熔窑，制备工艺简单、生产成本低、烧成温度较低，并且环保节能，所得的无钙新型硅锆砖耐高温、荷重软化温度高、抗侵蚀抗热冲击性能好、热膨胀系数小、热稳定性能好，耐急冷急热，用于砌筑玻璃熔窑，可解决玻璃熔窑特别是火焰空间部位耐火材料的体积稳定性及抗碱蒸汽侵蚀性差的问题，提高玻璃熔窑的使用寿命，并且荷重软化温度高，可避免硅砖剥落掉入熔化池污染玻璃液，保障了玻璃产品的质量，提高了经济效益。
图I为本发明实施例一中的无钙硅锆砖的主要理化指标示意图；图2为本发明实施例二中所述无钙硅锆砖的制造方法流程图；图3为本发明实施例二中制备所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比示意图；图4为本发明实施例二中制备所述无钙硅锆砖的技术路线图；图5为本发明实施例二中熔融石英的理化指标示意图；图6为本发明实施例二中锆英石的理化指标示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供一种无钙硅锆砖及其制造方法和玻璃熔窑，可解决玻璃熔窑特别是火焰空间部位耐火材料的体积稳定性及抗碱蒸汽侵蚀性差的问题，提高玻璃熔窑使用寿命，同时可避免硅砖剥落掉入熔化池污染玻璃液，保障玻璃产品的质量。下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。此处所描述的具体实施方式
仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例一本发明实施例提供一种用于玻璃熔窑的无钙硅锆砖，包括78% 90%的SiO2和8% 20%的ZrO2，其中，各单体含量的单位为该单体占所述无钙硅锆砖总质量的质量百分比； 所述无钙硅锆砖的体积密度为2. lg/cm3 2. 2g/cm3。熔融石英(主要成分为SiO2)具有耐火度高、热膨胀系数小、热稳定性能好，耐化学侵蚀的优点，在玻璃熔化过程中不污染玻璃液，不影响产品质量；结合锆英石耐火材料具有耐火度高，荷重软化温度高，抗高温条件下碱蒸气腐蚀的特性，因此，使用熔融石英和锆英石做为基本材料制备的无钙硅锆砖，耐高温、荷重软化温度高、抗侵蚀抗热冲击性能好、热膨胀系数小、热稳定性能好，耐急冷急热，用于砌筑玻璃熔窑，可解决玻璃熔窑特别是火焰空间部位耐火材料的体积稳定性及抗碱蒸汽侵蚀性差的问题，提高玻璃熔窑的使用寿命，并且荷重软化温度高，因而可避免硅砖剥落掉入熔化池污染玻璃液，保障玻璃产品的质量，提高经济效益。本实施例中的无钙硅锆砖具有优异的抗酸碱侵蚀能力、高温耐磨性能、优异的热震稳定性、良好的抗氧化性能，满足环保长寿的使用要求。所述无钙硅锆砖的具体理化指标如图I所示，杂质Fe2O3会降低无钙硅锆砖的荷重软化温度，因此须控制杂质Fe2O3的含量。优选地，杂质Fe2O3的含量不超过所述无钙硅锆砖总质量的O. 05%。同理，优选地，杂质I丐占所述无I丐娃错砖总质量的百分比不超过O. 02%。优选地，所述无钙硅锆砖的气孔率为19% 21%。优选地，所述无钙硅锆砖的荷重软化温度大于等于1680°C。目前玻璃窑炉选用的硅砖，在温度范围波动较大时，因SiO2的晶型变化，硅砖体积变化较大，进而会造成硅砖在短时间崩裂，被迫停止生产，而本实施例所述无钙硅锆砖，是在形成最终产品之后就完成了 SiO2晶型转变，所以，在玻璃生产过程中，不因温度变化而发生体积变化，抗热震性好，从而保证了玻璃窑炉的正常生产，提高了经济效益。本发明实施例还提供一种玻璃熔窑，使用了上面所述的无钙硅锆砖。本实施例所述玻璃熔窑，尤其是火焰空间部位，使用了上面所述的无钙硅锆砖，其中，所述的火焰空间指窑顶(大碹)以下，玻璃液面以上的空间，它是由胸墙、大碹、前脸墙和后山墙组成的充满炽热气体的一个燃烧空间。具体地，可以是玻璃熔窑整体，也可以是如胸墙、碹顶、顶盖等部位使用了本实施例所述无钙硅锆砖砌筑而成。本发明主要针对玻璃行业的主要设备-玻璃熔窑，特别是火焰空间部位的耐火材料在熔化温度变化较大的条件下，普通硅砖抗热震性差，造成熔窑过早损坏，使玻璃行业损失大、效率低、产品质量差的问题而提出本发明所述的无钙硅锆砖和玻璃熔窑，从根本上解决了玻璃行业生产过程中的技术难题。现有玻璃熔窑，因生产光伏玻璃时的熔化温度很高，达到1600°C，而且其配合料中的气体率为15%左右，在熔化过程中会迅速产生大量的有害气体，这些气体很快将火焰空间的耐火材料冲刷侵蚀掉，并且耐火材料掉落还会污染玻璃液，常常致使投资上亿元的窑炉仅生产一年半即被迫停炉。发明人在分析配电系统、控制系统等多种因素后，发现主要原因是火焰空间的耐火材料抗热震性能差，经不住有害气体冲刷；而本发明实施例中使用了无钙硅锆砖的玻璃熔窑，抗热震性能好，抗侵蚀、抗热冲击性能好，玻璃熔窑使用寿命长，同时因使用了无钙硅锆砖，荷重软化温度高，可避免耐火材料剥落掉入熔化池污染玻璃液，保障了玻璃产品的质量。
实施例二本发明实施例还提供一种实施例一所述无钙硅锆砖的制造方法，如图2所示，该方法包括101、准备原料，并将所述原料加工到符合要求的颗粒度，如图3所示，制备所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比(质量百分比)如下粒度为I 3mm且纯度不小于99. 9%的熔融石英25 30%，粒度为325目且纯度不小于99. 9%的熔融石英20 25%,粒度为I 3mm且纯度不小于65. 5%的锆英石25 30%，粒度为325目且纯度不小于65. 5%的错英石15 20%,纯度不小于92%的微硅粉I 2%，粘结剂3 4%;102、除去所述原料加工过程中出现的氧化铁；103、按所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比要求，进行颗粒级配，并加入粘结剂、矿化剂和适量的水进行混合；104、将配制混合好的所述混合原料密封封存至少2小时，使所述粘结剂、矿化剂和原料进行化学反应；105、将反应后的混合原料制成砖坯；106、将所述砖坯进行干燥脱水；107、将干燥好的砖坯进行烧结。本实施例选用优质熔融石英、锆英石为原料，经破碎、磨粉加工，除铁后添加高温粘合剂、矿化剂，配料混合后，按工艺要求制成成品，具体技术路线如图4所示。选择熔融石英、锆英石做为原料，主要有以下几个原因熔融石英热膨胀系数小，具有较好的体积稳定性；化学稳定性，高温条件下不易变形；另外，熔融石英在高温条件下粘度很大(1530°C时为IO8泊)，高温时，耐热空气侵蚀、冲刷性好，并随着温度的升高其塑性增加，脆性减弱，抗折强度在使用过程中也随着温度的升高而增加。而锆英石具有耐火度高，荷重软化温度高，抗高温条件下碱蒸气腐蚀等特性。结合熔融石英与锆英石的特性，可解决现有硅砖的残余收缩问题，提高荷重软化温度，用于玻璃生产中高温熔窑的关键部位，可解决了玻璃熔窑在玻璃生产中的难题。其中，熔融石英的理化指标如图5所示，锆英石的理化指标如图6所示。所述熔融石英的化学成分(质量百分比)为大于等于99. 9%的SiO2 ;其中，Fe2O3的含量不超过O. 1%, Na2O和K2O的含量不超过O. 01 %，真比重为2. 2g/cm3，热膨胀率为O. 05% /1000°C，荷重软化温度为1650°C，耐火度为1720°C。所述的锆英石化学成分(质量百分比)为大于等于65. 5%的ZrO2，不超过30%的SiO2 ;其中，Fe2O3的含量不超过1.0%，荷重软化温度为大于等于1710°C，耐火度大于等于1790°C。为提高玻璃熔窑火焰空间耐火材料的热稳定性、抗热震性，我们使用熔融石英、锆英石做为基本材料，因为熔融石英具有耐火度高、热膨胀系数小、热稳定性能好，耐化学侵蚀，在玻璃熔化过程中不污染玻璃液，不影响产品质量。结合锆英石耐火材料具有耐火度高，荷重软化温度高，抗高温条件下碱蒸气腐蚀的特性，从而达到提高玻璃熔窑寿命的发明目的。具体地，技术路线中各个环节，要分别达到以下要求，以最终实现本发明目的步骤101中，选料要保证原料符合图3所示的产品配方设计(原料配比)要求；将 所述原料加工到符合要求的颗粒度，一般要经过破碎和磨粉两步，破碎将原料加工到符合产品设计要求需要的颗粒度，磨粉将选好的原料用球磨机磨粉，以达到符合产品配方设计要求中细粉的粒度。步骤102中，除去原料加工过程中出现的氧化铁，简称除铁。氧化铁属于本实施例中引起破坏作用的杂质，会降低无钙硅锆砖的荷重软化温度，因此除铁步骤也是保证产品质量的主要环节。步骤103中，按图3所示的产品配方设计要求，科学合理地颗粒级配，并适当加入粘结剂、矿化剂和适量的水等进行混合，简称配料。步骤104中，将配制混合好的原料放在密封的容器内封存，避免水分挥发，主要目的是使粘合剂、矿化剂和原料进行化学反应，简称困料。步骤105中，根据具体设计中对无钙硅锆砖形状、大小、尺寸要求，分别采用机压、手工捣打或浇注成型，简称成型。步骤106中，将成型的砖还放入干燥室内进行干燥脱水,简称干燥。步骤107中，将干燥好的砖坯放在高温窑内烧成，以达到本发明所要求的物理指标，烧成的温度要求、升温曲线在此过程要严格把关。烧结温度及时间，与加入的具体粘结剂有关，优选地，本实施例所述粘结剂为55 65%的P2O5和15 25%的Al2O3的混合物，其中，各单体含量的单位为该单体占所述粘结剂总质量的质量百分比；加入上述粘结剂时，步骤107中所述的将干燥好的砖坯进行烧结，具体为将干燥好的砖坯加温至大于等于600度，烧结至少3小时。最后把烧成的产品按要求进行包装，完成上述各个环节后，即可送达用户手中备用。其中，各原材料所起的作用如下熔融石英具有耐高温、抗侵蚀，热膨胀系数小，导热系数低，抗热冲击性能好，不污染玻璃液等特点；锆英石，可提高耐火度，增加荷重软化温度，抗高温条件下碱蒸气腐蚀；微硅粉可增加强度，提高抗折、抗压强度，增加致密度和凝聚力，易烧结；磷酸二氢铝(由P2O5和Al2O3生成)作为高温粘结剂，可增加产品高温强度。其中优选地，所述制备所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比(质量百分比)如下粒度为3 Imm且纯度不小于99. 9%的熔融石英30%，粒度为325目且纯度不小于99. 9 %的熔融石英20 %，粒度为3 Imm且纯度不小于65. 5%的锆英石30%，粒度为325目且纯度不小于65. 5%的错英石15%,纯度不小于92%的微硅粉I. 5%，粘结剂3.5%。上述无钙硅锆砖的生产过程中可能会使用到的设备包括摩擦压力机2台，液压机2台，鄂式破碎机2台，双辊式破碎机2台，振动筛2台，球磨机I台，磁选机I台，烘干室及高温窑炉。本发明实施例提供的制备无钙硅锆砖的方法，制备工艺简单、生产成本低、烧成温 度较低，并且环保节能，所制备的无钙硅锆砖具有耐高温、荷重软化温度高、抗侵蚀、抗热冲击性能好、热膨胀系数小、热稳定性能好耐急冷急热，用于砌筑玻璃熔窑，能提高窑炉寿命，并且不污染玻璃液，不影响产品质量。本发明实施例所述的技术特征，在不冲突的情况下，可任意相互组合使用。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种用于玻璃熔窑的无钙硅锆砖，其特征在于，包括78 % 90 %的SiO2和8 % 20%的ZrO2，其中，各单体含量的单位为该单体占所述无钙硅锆砖总质量的质量百分比； 所述无钙硅锆砖的体积密度为2. lg/cm3 2. 2g/cm3。
2.根据权利要求I所述的无钙硅锆砖，其特征在于，杂质钙占所述无钙硅锆砖总质量的百分比不超过O. 02%。
3.根据权利要求I或2所述的无钙硅锆砖，其特征在于，杂质Fe2O3的含量不超过所述无钙硅锆砖总质量的O. 05%。
4.根据权利要求3所述的无钙硅锆砖，其特征在于， 所述无钙硅锆砖的气孔率为19% 21%。
5.根据权利要求1-4所述的无钙硅锆砖，其特征在于， 所述无钙硅锆砖的荷重软化温度大于等于1680°C。
6.一种玻璃熔窑，其特征在于，使用了权利要求I所述的无钙硅锆砖。
7.一种无钙硅锆砖的制造方法，其特征在于，包括 准备原料，并将所述原料加工到符合要求的颗粒度，制备所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比(质量百分比)如下 粒度为3 Imm且纯度不小于99. 9%的熔融石英25 30%，粒度为325目且纯度不小于99. 9%的溶融石英20 25%, 粒度为3 Imm且纯度不小于65. 5%的锆英石25 30%，粒度为325目且纯度不小于65. 5%的错英石15 20%, 纯度不小于92%的微娃粉I 2%, 粘结剂3 4% ； 除去所述原料加工过程中出现的氧化铁； 按所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比要求，进行颗粒级配，并加入粘结剂、矿化剂和适量的水进行混合； 将配制混合好的所述混合原料密封封存至少2小时，使所述粘结剂、矿化剂和原料进行化学反应； 将反应后的混合原料制成砖还; 将所述砖坯进行干燥脱水； 将干燥好的砖坯进行烧结。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于， 所述粘结剂为55 65%的P2O5和15 25%的Al2O3的混合物，其中，各单体含量的单位为该单体占所述粘结剂总质量的质量百分比； 加入上述粘结剂时，所述将干燥好的砖坯进行烧结，具体为 将干燥好的砖坯加温至大于等于600度，烧结至少3小时。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述将反应后的混合原料制成砖坯，具体为 通过机压、手工捣打或浇注成型中的任一方式，将反应后的混合原料制成砖坯。
10.根据权利要求7-9任一项所述的方法，其特征在于，所述制备所述无钙硅锆砖的各原料组成和配比(质量百分比)如下粒度为I 3mm且纯度不小于99. 9%的熔融石英30%，粒度为325目且纯度不小于.99. 9 %的熔融石英20 %, 粒度为I 3mm且纯度不小于65.5%的锆英石30%，粒度为325目且纯度不小于 .65. 5%的错英石15%, 纯度不小于92%的微硅粉1.5%， 粘结剂3.5%。
全文摘要
本发明公开了一种用于玻璃熔窑的无钙硅锆砖及其制造方法和玻璃熔窑，涉及热工设备技术领域，解决了玻璃熔窑特别是火焰空间部位耐火材料的体积稳定性及抗碱蒸汽侵蚀性差的问题，可提高玻璃熔窑的使用寿命，同时还可避免硅砖剥落掉入熔化池，保障玻璃产品的质量，提高经济效益。本发明所述用于玻璃熔窑的无钙硅锆砖，包括78％～90％的SiO2和8％～20％的ZrO2，其中，各单体含量的单位为该单体占所述无钙硅锆砖总质量的质量百分比；所述无钙硅锆砖的体积密度为2.1g/cm3～2.2g/cm3。所述玻璃熔窑，使用了本发明所述的无钙硅锆砖。
文档编号C04B35/66GK102898155SQ20121033169
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月7日 优先权日2012年9月7日
发明者孙邢哲, 梅德馨, 梁德海 申请人:孙邢哲, 梅德馨, 梁德海