本发明涉及一种低成本铝钙硅质锡槽底砖的制备方法，属于耐火材料
技术领域：
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背景技术：
：锡槽底砖作为锡槽铺底内衬的关键耐火材料，其主要用途是储存锡液，熔化后的玻璃液流入锡槽后能够漂浮在锡液表面，从而形成平滑的板状玻璃。目前市场上使用的锡槽底砖多数为粘土砖质，制造工艺为捣打和浇注振动成型，在实际使用时，粘土质的锡槽底砖在高温下会与金属锡发生化学反应，同时也会与Na2O发生化学反应产生霞石化膨胀，导致砖体剥离，其在锡槽高温端的使用寿命一般只有4～7年，即一个窑期。因此，粘土质的锡槽底砖不但会对玻璃造成污染，而且其使用寿命也有所减低。目前，全球生产的铝钙硅质的锡槽底砖主要有淄博工陶耐火材料有限公司生产的等静压成型品和国外奥镁公司制造的大吨位液压成型品两种，这两种成型品都具有氢扩散率较低、与金属锡液无化学反应、与Na2O无化学反应的长寿命特点。但是，奥镁公司制造的锡槽底砖由于成型方式的原因，存在着内部层裂缺陷问题，且价格较高，影响进一步的推广和使用；CN102557688B公开了淄博工陶耐火材料有限公司制造的等静压成型的铝钙硅质的锡槽底砖，虽然具有铝酸钙材质寿命长的特点，但由于等静压成型工艺本身的特点，存在生产成本高、切磨加工材料的耗量损失大、制造成本高的问题，同样也影响了在其国内外的推广和使用。技术实现要素：本发明的目的是提供一种低成本铝钙硅质锡槽底砖的制备方法，解决了目前的铝钙硅质锡槽底砖存在的生产成本高、难以推广使用的问题，具有制造费用低、实际推广价值大、氢扩散率低的特点。本发明所述的低成本铝钙硅质锡槽底砖的制备方法，包括以下步骤：(1)配料：原料的质量百分数组成如下：其中，粒径＜5μm的α-氧化铝细粉优选双峰氧化铝细粉。上述原料按体积百分比为：粒径为1mm以上的粗颗粒占40～65％，粒径为1～0.1mm的中颗粒占10～25％、粒径＜0.1mm的细粉料占25～35％；先将以上原料中的铝酸钙粗颗粒、铝酸钙中颗粒、铝酸钙细粉、α-氧化铝超细粉和二氧化硅微粉依次加入到V型混料机或锥式搅拌机中干混均匀，再将其加入到强力混炼机中，加入分散剂A、分散剂B和水后进行混炼，得到泥料；其中，减水剂的加入量占干混后的物料总质量的0.1～0.5％，促凝剂的加入量占干混后的物料总质量的0.05％，水的加入量占干混后的物料总质量的5～7％；(2)振动成型：将泥料注入组装好的模型中，使用振动平台进行振动成型，上振动平台同时插入振动棒辅助振动5～30min，以排除其中的气泡，得到坯体；(3)脱模干燥：待成型后的坯体固化后进行脱模，经自然养护、干燥后进行烧成，得到低成本钙铝硅质锡槽底砖。其中，优选地技术方案如下：步骤(1)中减水剂的型号为HDS-1，生产厂家为山东中耐高温材料有限公司，HDS-1是一种无机电解质类高效减水剂，是传统三聚、六偏的替代品，适用于以刚玉或电熔镁砂为基质、含硅体系的耐火浇注料，具有减水率高、加入量少、流动性保持时间长、不沁水、高温性能好等优点，其外观呈白色粉末状，pH值为9～11。步骤(1)中促凝剂的型号为KAD-40，生产厂家为山东中耐高温材料有限公司，KAD-40是采用烧结法生产的含有快凝矿相的铝酸钙水泥，这种矿物相组成使得其适用于在低温下对脱模速度和强度要求较高的耐火预制件和冬季使用的浇注料，其主要化学成分的质量占比如下：Al2O372.5～75.5％、CaO23.5～26.5％、SiO20.2～0.5％。步骤(1)中干混时间为5～30min，混炼时间为5～30min。步骤(2)中振动成型时间为5～30min。步骤(3)中固化时间为8～24h，养护时间为24～72h。步骤(3)中干燥温度为80～110℃，干燥时间为8～48h。步骤(3)中烧成温度为1300～1400℃，烧成保温时间为8～48h。典型的烧成温度制度如下：10～200℃时的升温速度为1～3℃/min；200～1300℃时的升温速度1～5℃/min；1300～1400℃时的保温，保温时间为8～48h；停火降温，随窑炉自然冷却。本发明的低成本铝钙硅质锡槽底砖的主要化学成分如下：CaO21～28％、Al2O367～76％、SiO21.5～5％；主要物理指标如下：气孔率为15～24％，常温耐压强度为40～90MPa，氢扩散率为20～100mmH2O左右，高温下不会与金属锡液发生化学反应，也不会与Na2O发生化学反应，具备长寿命使用的特点。本发明的铝钙硅质锡槽底砖的成型方式为振动成型，主要原料为致密的铝酸钙颗粒，α-氧化铝超细粉作为常温结合剂，铝酸钙细粉作为高温结合剂，二氧化硅微粉作为造孔剂，基质中的铝酸钙和α-氧化铝超细粉在烧成过程形成六铝酸钙，其在高温下的强度较高，且二氧化硅微粉与加入的铝酸钙和α-氧化铝超细粉在烧成过程能够形成特定内径尺寸的通气气孔和钙长石矿物，确保锡槽底砖具备关键的较低氢扩散率指标，以符合锡槽底砖的使用特性。本发明的发明人在实验过程中发现：(1)以致密的铝酸钙粗颗粒和中颗粒为原料，添加α-氧化铝超细粉强化基质，以铝酸钙细粉为胶结剂，运用合理的颗粒级配经传统振动浇注成型方式进行成型，在1300～1400℃下进行烧结后制得的铝酸钙材质的锡槽底砖的其他物理指标都良好，但是氢扩散率达到200～300mmH2O，致使使用方难以接受，分析其原因为制得的锡槽底砖的显微结构致密，通气气孔的孔径太小，导致氢扩散率偏高；(2)以致密的铝酸钙粗颗粒和中颗粒为原料，添加α-氧化铝超细粉强化基质，以铝酸钙细粉为胶结剂，采用加大骨料粒径来使通气气孔孔径加大的办法，在1300～1400℃下进行烧结后制得的铝酸钙材质的锡槽底砖的其他物理指标都良好，但是氢扩散率仍然达到了200～300mmH2O，表明通气气孔的孔径并没有加大，如此偏高的数值同样也无法满足使用方的需求；(3)以致密的铝酸钙粗颗粒和中颗粒为原料，添加α-氧化铝超细粉强化基质，以铝酸钙细粉为胶结剂，分别添加适量的二氧化硅微粉、软质粘土、硅灰石细粉，使其与铝酸钙和α-氧化铝超细粉在高温下进行反应以改变显微结构，同时增加通气气孔孔径，经1300～1400℃的烧结后，制得的铝酸钙材质的锡槽底砖样品。经检测，单独添加二氧化硅微粉的锡槽底砖样品的氢扩散率达到预期的50mmH2O左右的水准；同时添加硅灰石细粉和软质粘土的锡槽底砖样品的氢扩散率没有降低，仍在200～300mmH2O左右；单独添加软质粘土的锡槽底砖样品出现组织膨胀劣化的问题。因此，试验表明，在铝酸钙质锡槽底砖的配方中添加二氧化硅微粉能够起到增加通气气孔孔径的作用，氢扩散率能够降低至＜150mmH2O，满足使用要求；(4)以致密的铝酸钙粗颗粒和中颗粒为原料，添加α-氧化铝超细粉强化基质，以铝酸钙细粉为胶结剂，添加不同量的二氧化硅微粉，烧成后的样品有不同的效果：添加1～2wt％二氧化硅微粉的样品的氢扩散率仍然较高，达到200～300mmH2O左右的水平；添加3～4wt％二氧化硅微粉的样品的氢扩散率降低到50mmH2O左右的理想水平，且烧成外观良好；添加5wt％以上二氧化硅微粉的样品的氢扩散率降低到50mmH2O左右，但是出现高温收缩加大和振动成型上表面出现龟裂的问题；(5)以致密的铝酸钙粗颗粒和中颗粒为原料，添加α-氧化铝超细粉强化基质，以铝酸钙细粉为胶结剂，添加3～4wt％的二氧化硅微粉，烧成后的样品效果最佳：制品外观良好无开裂，氢扩散率为50mmH2O左右，达到满足使用的理想要求。本发明的有益效果如下：本发明以致密的铝酸钙为不同粒级的骨料和粉料，加入α-氧化铝超细粉为常温下的结合剂、铝酸钙细粉为高温下的结合剂、二氧化硅微粉为造孔剂，同时添加适用于同时添加有氧化铝微粉和氧化硅微粉的复合微粉体系的减水剂和促硬剂，经配料、混料、振动浇注成型、养护后高温烧成而制得产品。产品的制造成本大幅降低，具有广泛的实际推广价值，且制造产品所采用的设备和生产操作流程均比较简单。具体实施方式以下结合实施例对本发明做进一步描述。以下实施例和对比例的原料中的铝酸钙颗粒、α-氧化铝粉、粘土、硅灰石和二氧化硅微粉的化学质量百分组成见表1。表1原料的质量百分数化学组成原料名称铝酸钙α-氧化铝粉粘土硅灰石二氧化硅微粉SiO20.120.0146.0850.1892.26Al2O375.399.5737.80.430.24Fe2O30.080.020.320.850.30TiO20.030.000.020.010.40CaO23.50.040.0444.96.21MgO0.540.000.091.03-K2O0.060.000.400.000.05Na2O0.200.210.870.00-灼减0.100.1514.062.200.35合量99.9310099.6899.6-气孔率％1.35///-体积密度g/cm32.66////-实施例将铝酸钙、α-氧化铝和二氧化硅微粉依次加入到锥式搅拌机中干混5～10min，再将其加入到强力混炼机中，然后加入减水剂、促硬剂和水混炼5～15min，得到泥料，将泥料注入组装好的模型中，使用振动平台振动成型5～10min，得到坯体，待成型后的坯体经8～24h的固化后进行脱模，然后自然养护3～5天，在80～120℃下干燥8～48h后，在1300～1400℃下进行烧成，得到低成本钙铝硅质锡槽底砖，原料的质量百分数组成及样品的氢扩散率、气孔率、体积密度等理化指标见表2。表2具体实施例表对比例见表3和表4，表3和表4中的HAD-1、HAD-1W也是由山东中耐高温材料有限公司生产的刚玉氧化铝基质无硅灰体系用高效减水剂，HAD-1是改性聚乙二醇类有机高效减水剂，HAD-1W是HAD-1的促凝型产品。表3具体对比例表表4具体对比例表由表3和表4可以看出：(1)对比例1和对比例2是在原料中添加硅灰石的实验方案，得到的锡槽底砖的氢扩散率达到了213～340mmH2O，无法满足使用需求；(2)对比例3和对比例4是在原料中添加软质粘土的实验方案，得到的锡槽底砖的氢扩散率达到了270～342mmH2O，无法满足使用需求；(3)对比例5和对比例6是在原料中不添加任何硅质化合物的实验方案，得到的锡槽底砖的氢扩散率达到119～480mmH2O，无法满足使用需求；(4)对比例7和对比例8是在原料中增加铝酸钙粗颗粒的占比而进行的实验方案，得到的锡槽底砖的氢扩散率达到252～500mmH2O，无法满足使用需求。当前第1页1 2 3