本发明涉及耐火材料技术领域，具体而言涉及一种玻璃窑炉用耐火材料。
背景技术：
玻璃主要是釆用石英砂和纯碱作原料经过高温熔化而制成的，玻璃窑炉就是熔制玻璃的设备，玻璃窑炉种类较多，如池窑、坩埚窑等。
目前所存在的问题是玻璃窑炉窑衬通常会受到相当严重的磨损和化学侵蚀，并有热应力的作用，这是因为熔融的玻璃和玻璃的原料具有高腐蚀性在连续熔化熔炉中，熔化工艺通常会不断进行直至熔炉不能使用为止。在这个过程中，炉壁的耐火材料会产生划痕并且在被腐蚀的地方产生磨损点，磨损点会一直生长直至熔融玻璃外渗。磨损点会严重影响耐火材料的使用寿命。
化学侵蚀的程度、速度与使用部位、炉窑温度、熔化玻璃品种密切相关，当然衬体本身的品质也是至关重要的，玻璃熔窑用耐火材料对熔炉的使用寿命及玻璃的制造成本有非常大的影响。
中国专利cn105669217a名称为一种玻璃窑炉用硅耐火砖的生产方法的发明专利公布了以下技术方案，使用的原料按重量配比包括：熔融石英粉65~70%、方镁石粉25~30%、纳米胶水溶液2%、聚丙烯酰胺水溶液3%，通过磁选、掺混、成型、烧结等工艺后制得成品。该技术方案得到的耐火砖强度大，耐腐蚀能力高，但是存在抗热震性差，在温度快速变化时可能会产生细小的裂纹，影响其使用寿命。
因此目前需要一种抗腐蚀效果好、抗热震性能强且具有较高耐磨性的玻璃窑炉用耐火材料。
技术实现要素：
为了解决上述的玻璃窑炉用耐火材料存在的抗热震性差，强度低，耐腐蚀能力和耐磨性差的问题提供一种抗热震性强，强度和韧性高，耐腐蚀能力和耐磨性强的玻璃窑炉用耐火材料及其制备方法，本发明采用以下技术方案：
一种玻璃窑炉用耐火材料，包括以下重量份数的组分：二氧化硅10~15份、四氧化三铁1~3份、氧化铝1~8份、丙二醇1~2份、丙烯酰胺3~7份、氮化铝粉1~2份、氧化钇粉1~2份、硫酸钡2~7份、碳化硼1~1.5份、氧化铈粉0.5~1.5份、酚醛树脂10~12份、白云母粉6~8份，绢云母粉1~2份、聚碳硅烷10~15份、氧化锆2~6份、氧化镁5~6份。
首先本发明采用了白云母粉和绢白云母粉共同使用的方案，首先加入白云母可以提高材料的韧性和机械强度，而绢云母属于单斜晶体，可以增强材料的耐磨性，两者配合使用时，白云母和绢云母填充在碳化硅晶体之间的空隙中，绢云母因为晶体更加细密可以填充进白云母无法填充的缝隙，便于原料的混合，白云母和绢白云母在高温下熔化，增强了晶体之间的结合强度，进一步提高了耐火材料的韧性和内部强度。
其次本发明在耐火材料中加入了稀土氧化物，本发明配合使用了氧化铈，氧化钇，其中氧化铈可以改善耐火材料的强度，增加其韧性和硬度，从而增加耐火材料的耐磨性，防止由于熔融玻璃导致的耐火材料的磨损。而氧化钇同时因为其属于立方晶系具有较高的耐热、耐腐蚀能力和在耐火材料中可以降低耐火材料的导热能力，同时在本发明中氧化钇可以起到稳定氧化锆的作用，与氧化锆配合使用可以提高耐火材料的强度和韧性，也起到了提高耐火材料的抗热震性的作用。
烧结过程中聚碳硅烷会裂解为含锆碳化硅纤维。高温裂解形成的碳化硅纤维在烧结处理时，由于温度的影响，会在表面生成一层致密的二氧化硅，随着高温氧化时间的延长，这层致密二氧化硅逐渐增厚将内部包裹起来，防止进一步氧化，从而增强了耐火砖的抗氧化性，而且含锆碳化硅纤维可以将其他材料粘结起来，增强了本发明的强度和韧性及抗热震性，从而使耐火砖具有优良的抗熔渣渗透性、抗剥落性能和抗渣蚀性。
聚碳硅烷所形成的碳化硅纤维具有良好的抗拉强度、传热能力和较低的热膨胀系数。由于材料的拉伸强度高，因此提高材料所能承受的内应力大，减少了材料发生开裂的可能；低的热膨胀率使得材料内部存在温度梯度时形成内应力小，减少材料在加热是发生开裂的可能。总体而言，聚碳硅烷有效减小了材料内部的内应力，增强了材料的耐热震性，防止材料发生开裂的情况，同时也增加了材料的抗氧化性。但是由于起导热能力强会引起能耗增加，因此本发明使用了上述稀土材料来缓解这个问题。
本发明在耐火材料中还加入了氮化铝和氧化镁，两者在高温状态下互相结合成为氧化镁一氮化铝复相材料，该材料具有高耐热性、高耐腐蚀性同时又具有良好的机械强度，在本发明使用过程中，与熔融玻璃接触时氮化铝氧化产生了致密的氧化层，隔绝了与熔融玻璃的直接接触，防止了进一步氧化的发生，从而提高了耐火材料的耐腐蚀。而氧化镁的加入可以有效降低氮化铝的水化，保持了耐火材料内组分的稳定，延长了耐火材料的使用寿命降低了成本。
作为优选，一种玻璃窑炉用耐火材料，包括以下重量份数的组分：二氧化硅8份、四氧化三铁2份、氧化铝6.5份、丙二醇1.8份、丙烯酰胺5份、氮化铝粉1.5份、氧化钇粉1.6份、硫酸钡5份、碳化硼1份、氧化钼1份、酚醛树脂8份、白云母粉7份，绢云母粉1份、聚碳硅烷12份、氧化锆4份、氧化镁5份。
作为优选，所述的氧化钇纯度超过99％，直径大小为1~5微米。
氧化钇的纯度高，与氧化锆的配合效果好，高纯度的氧化钇还具有更好的高温活性，此外小微粒的氧化钇可以更好地弥散在材料中增强材料的耐热性，同时可以更好地依附在氧化锆表面，稳定氧化锆使得耐火材料具有更加优良的强度和韧性。
作为优选，所述的碳化硅粉经过以下处理：
a将碳化硅在500~600℃下进行煅烧，保温1~2h；
b将煅烧好的碳化硅放入质量分数为6%的稀盐酸中，超声洗涤20~25min，再搅拌1~2h，转速200~300r/min，洗涤完毕后水洗，然后干燥；
c将干燥过后的碳化硅放入质量分数为6%的氨水中，超声洗涤20~25min，再搅拌1~2h，转速200~300r/min,洗涤完毕后水洗，然后干燥。
通过较高温度的煅烧可以去除碳化硅表面上的碳杂质，降低耐火砖的含碳量，这有助于减少杂质，同时降低含碳量可以降低耐火砖的热传导性，降低由于加入了聚碳硅烷减少使用耐火砖时的能耗。同时通过酸洗和碱洗的过程可以碳化硅表面所存在的其他金属杂质，防止由于杂质的加入对耐火材料的性能产生不良影响。
作为优选，所述的酚醛树脂经过以下处理：将酚醛树脂进行真空脱水，然后加入甘油聚醚，搅拌均匀。
甘油聚醚具有优良的稳泡、润湿、渗透、增溶能力。该添加剂能使其他材料均匀地分布在颗粒及石墨的表面，尽可能形成连续网络，从而更好的促进树脂对坯料的包裹作用，使得混合坯料具备高润湿性和高保湿性，可提高耐火砖坯料的混炼质量，可有效防止产生裂纹，有利于成型。
一种玻璃窑炉用耐火材料的制备方法，包括以下过程：
（1）配料准备：将各组分原料充分混合，再经过困料3~4h后得到混合料；
（2）加热处理：将在步骤（1）中所述的混合料放入电炉内进行升温，保温完毕后逐渐冷却至1200℃以下浇入预制模具中；
（3）退火处理：将模具中的混合料进行冷却退火，得到玻璃窑炉用耐火材料。
首先本发明采用了熔凝的方式制备耐火材料，采用这种方法得到的晶体之间的粘结效果更好，同时采用熔凝的方式制备的耐火材料由于晶体之间的粘结效果好所以其具有更好韧性，而且采用熔凝的方式所生产的耐火材料的表面硬度更高，进一步提高了耐磨性。
作为优选，步骤（2）中升温速率为30~40℃/min，加热至温度为1800~2100℃时进行保温，保温时间为4~5h。
在1800~2100的温度下碳化硅会逐渐转变成α~碳化硅，α~碳化硅较β~碳化硅具有更强的硬度和耐磨性，同时各个原料组分在熔融的物质中可以充分混合，便于在退火过程中形成均匀的材料结构，提高耐火材料的整体性能。
作为优选，所述的退火处理过程中降温速率为20~30℃/min。
降温速度过快会导致材料内部出现细小的裂纹，严重影响材料的性能，不利于延长耐火材料的使用寿命。而降温速度慢则会导致效率降低，成本提高。在本发明中选取的降温速率为20~30℃/min，产品内部并没有出现裂纹，而且从整体而言，降温时间短，有助于提高生产效率。
作为优选，所述的步骤（2）和步骤（3）过程均在氮气保护下进行。
将氮气作为保护气氛可以防止空气对烧结的影响，防止碳化硅耐火材料在烧制过程中被氧化引起开裂的情况发生。
本发明的有益效果在于：（1）本发明的抗热震性强（2）本发明提供的耐火材料强度和韧性高（3）本发明提供的耐火材料耐腐蚀能力和耐磨性强（4）本发明所提供的制备方法过程简单，成本较低，有助于提高产量和减少成本。
具体实施方式
实施例1
一种玻璃窑炉用耐火材料，包括以下重量份数的组分：二氧化硅10份、四氧化三铁1份、氧化铝1份、绢云母粉1份、丙二醇1份、丙烯酰胺3份、氮化铝粉1份、氧化钇粉1份、硫酸钡2份、碳化硼1份、氧化铈粉0.5份、酚醛树脂10份、白云母粉6份、聚碳硅烷10份、氧化锆2份、氧化镁5份。
首先将碳化硅粉作以下处理：
a将碳化硅在600℃下进行煅烧，保温2h；
b将煅烧好的碳化硅放入质量分数为6%的稀盐酸中，超声洗涤25min，再搅拌2h，转速200r/min，洗涤完毕后水洗，然后干燥；
c将干燥过后的碳化硅放入质量分数为6%的氨水中，超声洗涤25min，再搅拌2h，转速200r/min,洗涤完毕后水洗，然后干燥。
随后将酚醛树脂作以下处理：将酚醛树脂进行真空脱水，然后加入甘油聚醚，搅拌均匀。
下面进行一种玻璃窑炉用耐火材料的制备，制备方法包括以下过程：
（1）配料准备：将各组分原料充分混合，再经过困料3~4h后得到混合料；
（2）加热处理：在氮气保护下将在步骤（1）中所述的混合料放入电炉内进行升温，升温速率为40℃/min，加热到550℃时，保温1h，再继续加热至温度为2100℃时进行保温，保温时间为4~5h，保温完毕后逐渐冷却至1200℃以下浇入预制模具中；
（3）退火处理：在氮气保护下将模具中的混合料进行冷却退火，退火处理过程中降温速率为30℃/min，得到玻璃窑炉用耐火材料。
得到耐火材料的性能数据如下：
显气孔率10%，荷重软化温度1890℃，常温耐压强度45mpa，在taber磨耗试验机上，以磨轮旋转1000次得到磨耗量为55.1g，加热永久线变化（1450℃×2h）／%为0.1，而且本发明不受玻璃的腐蚀。
实施例2
一种玻璃窑炉用耐火材料，包括以下重量份数的组分：二氧化硅15份、四氧化三铁3份、氧化铝8份、绢云母粉2份、丙二醇2份、丙烯酰胺7份、氮化铝粉2份、氧化钇粉2份、硫酸钡7份、碳化硼1.5份、氧化铈粉1.5份、酚醛树脂12份、白云母粉8份、聚碳硅烷15份、氧化锆6份、氧化镁6份。
首先将碳化硅粉作以下处理：
a将碳化硅在600℃下进行煅烧，保温2h；
b将煅烧好的碳化硅放入质量分数为6%的稀盐酸中，超声洗涤25min，再搅拌2h，转速200r/min，洗涤完毕后水洗，然后干燥；
c将干燥过后的碳化硅放入质量分数为6%的氨水中，超声洗涤25min，再搅拌2h，转速200r/min,洗涤完毕后水洗，然后干燥。
随后将酚醛树脂作以下处理：将酚醛树脂进行真空脱水，然后加入甘油聚醚，搅拌均匀。
下面进行一种玻璃窑炉用耐火材料的制备，制备方法包括以下过程：
（1）配料准备：将各组分原料充分混合，再经过困料3~4h后得到混合料；
（2）加热处理：在氮气保护下将在步骤（1）中所述的混合料放入电炉内进行升温，升温速率为40℃/min，加热到550℃时，保温1h，再继续加热至温度为2100℃时进行保温，保温时间为4~5h，保温完毕后逐渐冷却至1200℃以下浇入预制模具中；
（3）退火处理：在氮气保护下将模具中的混合料进行冷却退火，退火处理过程中降温速率为30℃/min，得到玻璃窑炉用耐火材料。
得到耐火材料的性能数据如下：
显气孔率11%，荷重软化温度1900℃，常温耐压强度45mpa，在taber磨耗试验机上，以磨轮旋转1000次得到磨耗量为55.5g，加热永久线变化（1450℃×2h）／%为0.1，而且本发明不受玻璃的腐蚀。
实施例3
一种玻璃窑炉用耐火材料，包括以下重量份数的组分：二氧化硅12份、四氧化三铁2份、氧化铝5份、绢云母粉2份、丙二醇1份、丙烯酰胺5份、氮化铝粉1.5份、氧化钇粉1份、硫酸钡5份、碳化硼1份、氧化铈粉1份、酚醛树脂11份、白云母粉7份、聚碳硅烷12份、氧化锆4份、氧化镁5份、。
首先将碳化硅粉作以下处理：
a将碳化硅在600℃下进行煅烧，保温2h；
b将煅烧好的碳化硅放入质量分数为6%的稀盐酸中，超声洗涤25min，再搅拌2h，转速200r/min，洗涤完毕后水洗，然后干燥；
c将干燥过后的碳化硅放入质量分数为6%的氨水中，超声洗涤25min，再搅拌2h，转速200r/min,洗涤完毕后水洗，然后干燥。
随后将酚醛树脂作以下处理：将酚醛树脂进行真空脱水，然后加入甘油聚醚，搅拌均匀。
下面进行一种玻璃窑炉用耐火材料的制备，制备方法包括以下过程：
（1）配料准备：将各组分原料充分混合，再经过困料3~4h后得到混合料；
（2）加热处理：在氮气保护下将在步骤（1）中所述的混合料放入电炉内进行升温，升温速率为40℃/min，加热到550℃时，保温1h，再继续加热至温度为2100℃时进行保温，保温时间为4~5h，保温完毕后逐渐冷却至1200℃以下浇入预制模具中；
（3）退火处理：在氮气保护下将模具中的混合料进行冷却退火，退火处理过程中降温速率为30℃/min，得到玻璃窑炉用耐火材料。
得到耐火材料的性能数据如下：
显气孔率10%，荷重软化温度1880℃，常温耐压强度45mpa，在taber磨耗试验机上，以磨轮旋转1000次得到磨耗量为55.4g加热永久线变化（1450℃×2h）／%为0.1，而且本发明不受玻璃的腐蚀。
对于抗热震性的检测，本发明将优选实施例3的材料经过1450摄氏度3小时处理测其抗折强度，抗折强度为18.8mpa然后在1100摄氏度保温20min后再20摄氏度冷水中急冷，反复进行10次，抗折强度为9.6mpa。
综上所述本发明具有良好的强度和韧性及高耐腐蚀能力和强耐磨性，同时本发明也表现出良好的抗热震性。