专利名称：大尺寸耐火砖及其生产方法
技术领域：
本发明涉及大尺寸耐火砖(fireclay refractory brick)，特别是一种锡槽(tin bath)底砖。它的块体材料体系为Al2O3-SiO2，并具有一个与锡槽接触的表面。这种大尺寸耐火砖具有严格的方形，一个面向锡槽的面，四个侧面以及一个不与锡槽接触的表面。此大尺寸耐火砖的全部六个面在灼烧后的研磨过程中被加工成最后的大小，以保持其所需尺寸。
这种用作锡槽钢结构(steel construction)衬里，并由Al2O3-SiO2材料体系制成的大尺寸耐火砖可以从DE4206734C2得知。这里感兴趣的是一种玻璃制造装置的部件，在其下部具有一个钢结构，它用大尺寸耐火砖作衬里。这样形成了一个能盛液态锡的盆体。熔化的玻璃浇注在锡槽的表面上。它在锡槽的表面流过并以薄而基本上宽于锡槽表面的带状被拉伸。这就是根据浮法制造平板玻璃的已知方法。平板玻璃含有大约15％Na2O，在玻璃和液态锡的接触表面上，Na2O扩散到液态金属中去。这样锡槽中存在有溶解形式的钠和原子氧。锡中钠和原子氧的溶解度是温度的函数。在玻璃的流动方向上，出现约1200℃-600℃的生产玻璃的温度。由热和力学引起的液态锡在锡槽内的流动使部分含有钠的锡与耐火砖块体表面相接触。所以在耐火砖和锡之间产生了钠的交换。原子钠渗入到耐火材料中去，并和耐火砖玻璃相中的二氧化硅反应生成氧化钠。由于含二氧化硅相的还原作用，耐火砖的还原部分呈灰至黑色。
已知用于这种玻璃制造设备的耐火砖的长度为1000mm，宽为600mm高为300mm。它们由不同颗粒级别的颗粒、粘土和碱金属的硅铝酸盐(alkalialumosilicate)制成。经灼烧后，从矿物学角度看主要存在有富铝红柱石，少量方英石和玻璃相。这种耐火砖中玻璃相的含量是由氧化钠和氧化钾的含量来决定的。这些氧化物实质上影响到玻璃相的化学组成。在金属钠侵入耐火砖的表面层附近后，玻璃相的化学组成决定了生成哪一种碱金属硅铝酸盐--霞石还是钠长石。霞石的热胀系数大约为富铝红柱石的热胀系数的四倍。这导致耐火砖中和锡槽发生接触的表面附近一层发生扩大和生长。由于耐火砖为矩形而使这些层相互接触，应力便产生了。
另一方面，还要求耐火砖经研磨的侧面之间的缝隙尽可能的小，以保持密封，使熔融锡不至于通过这些缝向下渗漏。否则会使装耐火砖的钢结构损坏。由于不能可靠地避免和不能在任何情况下避免液态锡向缝中的渗入，钢结构需冷却使渗入的锡转变为固态。
由于砖接触锡槽的层的体积增大，相对于这些层的剥落发生了，这些层产生在与锡槽接触表面的边角处。由于耐火砖的陶瓷材料的比重小于锡，锡槽中从砖上剥落的材料会漂浮起来，在制造平板玻璃时这会导致严重的生产干扰。
本发明的目的是提供上述大尺寸耐火砖，这种耐火砖具有实质上降低的形成长石或长石替代物的趋势，这样，用这种耐火砖作锡槽衬里时就能防止剥落现象的发生。
按本发明，上述目的是用上述耐火砖来实现的，其中，块体的上表面用一种含有碱金属硅酸盐的涂层覆盖，用以在块体的上表面形成阻挡层，由于与块体相比较这一层减少提供Al2O3而增加提供碱金属和硅酸，该阻挡层适于生成搪瓷(glazing)并作为从锡槽中捕集钠的原料。
本发明从这样的思路出发，在块体与锡槽发生接触的所有表面上，即至少是上表面和部分侧表面，如果块体是以围绕着上表面的相提供的话。该涂层形成一层薄的搪瓷。它以碱金属作为流动剂，特别是有鉴于其高SiO2含量。这一层可由涂刷、刮刀涂饰、喷洒或类似的方法组成。在涂层上生成的搪瓷只有几分之一毫米厚，但另一方面它被牢牢地固定在表面的孔上。涂层的薄层中产生搪瓷化合物是有利的，或通过提供过量的碱金属和硅酸也是可以产生搪瓷化合物的。这样它本身的厚度很小，小到不能剥落成为搪瓷块(所谓蝌蚪)避免了锡槽中的飘浮现象。涂层及其形成的搪瓷作为原子钠的捕集材料和阻挡层，这样来自锡槽中的原子钠能分别渗透到涂层的层或搪瓷中，但不再能转移到块体材料的基体中去。阻挡层的作用基于这样一点，即由于引入了涂层，开口孔也被塞满了，因而起到了力学阻挡作用。同时涂层被牢牢地固定在块体表面的孔上。通过将涂层限于一个薄层，避免了层的尺寸问题，这在现有技术中剥落并在锡槽中以碎片飘浮的问题是典型的。来自锡槽的原子钠的破坏作用导致霞石的生成，使得在涂层中先安排碱金属形式的钠看似是荒谬的，然而有利的是薄的隔离层得益于搪瓷的形成。隔离层保护了块体材料深层免受损害。
如果用于本发明的块体的顶面被一相包围，那么使用时涂层要延伸到所有与锡槽发生接触的表面上去。得益于这一相的排列，放在钢结构中相邻放置的体块之间张力和应力转移到与接触锡槽的上表面保持有一段距离的块体区内部中去，另外，和锡槽接触的上表面上可有一个或多个槽沟，它们把块体的大尺寸的表面分割为多个小尺寸的表面且不能将力相互传递，通过这种能用于很大块体的措施使耐火砖上和锡槽发生接触的较大的表面分割所产生的较小尺寸的表面被相互隔开，显然槽沟上也延伸有涂层。还有可能放弃所述的相而仅仅是在块体的上表面设置槽沟。在这方面，在靠近棱边处设置交错的槽沟，产生一个独立于表面中心或邻近上表面边缘位置的相同大小的区或。
涂层可以含有细颗粒大小形式的碱金属硅酸盐和硅铝酸盐，这样可以提高生成的搪瓷层的粘度，以对抗形成蝌蚪效应的剥离现象。
涂层可以含有水玻璃或水玻璃溶液，尤其是钠型水玻璃和/或钾盐水玻璃。混合物也是可用的。
涂层应尽可能薄，最大层厚为1毫米，它覆盖在块体(2)的与锡槽接触的表面(1)上，块体表面的开口孔的地方，涂层渗入得比其他地方要深，涂层层物质接着用尺子或类似的工具拉刮去多余的材料对于保持尽可能薄的涂层是有意义的。
如果涂层中能有约50％-60％(重量)的碱金属硅酸盐和约50到40重量％的硅铝酸。涂层中除含有碱金属硅酸盐外，可另外含有SiO2使搪瓷的组份有所变化。依据在玻璃制造装置中不同的使用位置，耐火砖可以有不同形式的涂层。以便在玻璃的流动方向上在生产装置的始端(约1000℃或1200℃)在较高温度下形成搪瓷，或在生产装置的末端(约600℃)在较低温度下形成搪瓷。SiO2可以是硅溶胶或火成二氧化硅形式。
块体可包括一相，且涂层必须覆盖与锡槽发生接触的上表面和至少由相形成的砖体侧表面的一部分。另外与锡槽发生接触的上表面上设置一个或多个槽沟，槽沟将大尺寸上表面分割成多个较小的上表面。
按本发明方法制备这样的耐火砖，其块体由Al2O3-SiO2材料体系制成。经成型、干燥、灼烧、研磨成最终尺寸。在研磨后的尺寸上，在其与锡槽发生接触的上表面上施加一层含有碱金属硅酸盐的涂层。涂层可通过刷涂、滚压、喷涂等形式实施。
涂层可以如上这样涂覆，耐火砖被安置在要使用的钢结构中，但是还有另一可能，用焙烧法在与锡槽发生接触的上表面上固定一涂层。它经历了一个特殊的热处理过程。如果在装入平板玻璃制造装置的钢结构前块体不得不较长时间受到潮气的影响，这样做特别有意义。
将通过优选的实施方案进一步说明和描述本发明。附图中
图1为在第一实施方案中耐火砖的立体图，且图2为耐火砖的第二实施方案。
图1中显示的耐火砖1具有长方六面体或平行六面体形的块体2。块体2具有六个表面，即一个与锡槽发生接触的表面3，4个侧面4、5、6、7，以及一个底面8，底面朝向平板玻璃装置的钢结构内，钢结构要装有此耐火砖1。耐火砖1具有长边9，宽边10和高11，由于涉及大尺寸耐火砖，长边9约1000mm，宽边10约600mm，高11约300mm，自然这种大尺寸耐火砖1制造时也可有不同的尺寸。耐火砖1还有在高度方向通透的孔。在图中仅以线12表示，此孔用来将耐火砖固定在钢结构上，以防止耐火砖1在锡槽中浮起。
面向锡槽的上表面3，覆盖了一层涂层13，可以通过刷涂，涂敷或通过喷涂覆盖上去。涂层至少要扩展到表面3的全部区域。如果涂层远扩展到上表面与侧表面之间的边角区以外也无坏处。重要的是全部上表面3要被覆盖。
在图2显示的耐火砖1的实施方案中，显示环绕着和锡槽发生接触的表面3的边区延伸相14，即一个斜的平面，它仅部分延伸到四个侧面4、5、6和7上去。该环绕着表面3的相14设置在所有四个边缘上。它可以是通过研磨的平行六面体形的块体2而制成。相14在块体高度11的方向上的深度大约为5-20mm。在长度9方向上和在宽度10方向上分别大约为1到8mm。这个尺寸是从研磨面相以前的棱边算起的。相这里也有涂层13，它从面向锡槽的整个上表面3起一直扩展到所描述的4、5、6和7侧面区。这里相14也同样全部为涂层13所覆盖。
这种耐火砖1的制造可通过二个实施方案加以说明。
实施例1耐火砖1用已知的方法成型，压缩，将毛坯干燥，最后灼烧。然后按尺寸，优选是通过研磨加工成最终的大小。接着至少在使用时面向锡槽的耐火砖上表面3涂上钠型水玻璃溶液或钠型水玻璃和硅酸铝的混合物。硅酸铝用颗粒直径小于100微米的细粉。刷涂可分别通过用刷子或刮刀来完成。紧接着用一根尺子或类似的工具在涂层上拉刮，使涂层13尽可能的薄。水玻璃溶液或其混合物渗入到块体2的开口孔中去。在某些地方渗入的深度可达约1毫米。紧接着是一个干燥过程，比如在100℃使上表面3上的涂刷物固定。这样制成的耐火砖1装到玻璃制造设备的钢结构中去。根据不同的放置位置，在平板玻璃制造时有不同的表面温度，其值在1200到600℃之间。此时锡槽中的原子钠分别迁入刷涂层或涂层中去。
由于温度的作用它们生成高粘度的玻璃层，它保持着薄薄的一层起着阻挡层作用，一方面它封住了孔，另一方面又通过上表面的孔固定该涂层。由于提供了过量的二氧化硅，并在涂层13中已有了碱金属，所以迅速生成有搪瓷的区域，该区捕获由锡槽迁移过来的钠，并把钠固定到搪瓷中去。由于搪瓷成为阻挡层保ち丝樘宀的基体不再受钠的损害。
实施例2首先耐火砖1的制造和实施例1所述的一样。在以涂刷形式敷上涂层13后紧接着是焙烧过程。最高烧到约1000℃。这样硅酸钠被熔化并不再和块体的基体发生反应。如果耐火砖在装到锡槽钢结构中去以前要长期承受潮湿的大气，这样的焙烧过程是有利的。通过焙烧过程生成了搪瓷，它对湿气就不再敏感了。符号1-耐火砖 8-底面2-块体 9-长3-上表面 10-宽4-侧面 11-高5-侧面 12-线6-侧面 13-涂层7-侧面 14-相(phase)
权利要求
1.大尺寸耐火砖(1)，特别是由Al2O3-SiO2材料体系制成的锡槽底砖，它由具有与锡槽接触的上表面(3)的块体(2)组成，其特征在于块体(2)的上表面(3)用一种含有碱金属硅酸盐的涂层(13)覆盖，用以在块体(2)的上表面(3)上形成阻挡层，由于与块体(2)相比较这一层减少提供Al2O3而增加提供碱金属和硅酸，该阻挡层适于生成搪瓷并作为从锡槽中捕集钠的原料。
2.按权利要求1的耐火砖，其特征在于涂层(13)含有细颗粒大小形式的碱金属硅酸盐的硅铝酸。
3.按权利要求1或2的耐火砖，其特征在于所述涂层(13)含有水玻璃或水玻璃溶液，特别是钠型水玻璃和/或钾型水玻璃。
4.按权利要求1到3之一的耐火砖，其特征在于涂层(13)以层尽可能的薄、最大厚度为1毫米的方式涂覆在块体(2)的上表面(3)上。
5.按权利要求2的耐火砖，其特征在于在涂层(13)中，涂覆的碱金属硅酸盐的量为约50-60重量％，硅铝酸的量为50到40重量％。
6.按权利要求1到5的之一的耐火砖，其特征在于涂层(13)除了含碱金属硅酸盐外，还含有SiO2。
7.按权利要求6的耐火砖，其特征在于SiO2以硅溶胶的形式或火成二氧化硅的形式存在。
8.按权利要求2到4的耐火砖，其特征在于块体(2)包括一个相(14)和涂层(13)，涂层(13)覆盖与锡槽发生接触的上表面(3)且至少要覆盖块体(2)的由相(14)形成的侧面(4，5，6，7)的部分。
9.生产按权利要求1到8之一项或多项的耐火砖的方法，借此块体是由Al2O3-SiO2材料体系制成的，经成型、干燥、灼烧并研磨成所要求的尺寸，其特征在于经研磨成所要求的尺寸后，块体(2)的与锡槽发生接触的上表面(3)上被涂覆一层含有碱金属硅酸盐的涂层(13)。
10.按权利要求9的方法，其特征在于通过焙烧，涂层(13)固定在与锡槽发生接触的上表面(3)上。
全文摘要
大尺寸耐火砖(1)，特别是由Al
文档编号C03B18/16GK1156708SQ9611392
公开日1997年8月13日 申请日期1996年12月30日 优先权日1995年12月28日
发明者汉斯·佩恰尔 申请人:Vgt工业陶瓷有限公司