新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的制备方法与流程

1.本发明属于耐火材料制备技术领域，具体的涉及一种新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的制备方法。


背景技术：

2.随着玻璃生产技术的飞跃性发展，玻璃熔窑作为玻璃生产的核心热工设备也向着效率更高、能耗更低的方向不断发展，要求熔窑提高燃烧强度、强化热辐射、增强热效率、减少热量损失、降低环境污染，因此建造熔窑的耐火材料需要承受更高的温度、更急剧的温度变化，更强烈的化学侵蚀和严酷的应力破坏。
3.玻璃熔窑是由各类耐火材料经科学配置相互不产生反应所构成的熔制玻璃的热工设备。由于各部位的物理、化学和机械条件各不相同，它们本身要求玻璃熔窑用耐火材料的性能要与其相适应，同时要求对各类相邻的其他种类耐火材料不会产生不利影响，以确保熔窑具有足够长的使用寿命。其主要任务是在依照尽可能经济的条件下，提供所需质量的玻璃。随着各类特种玻璃在日常生活中应用的增加，玻璃生产商要求新建的玻璃熔窑具有更高的熔炼温度和更长的熔炼时间，现有的熔窑池壁粘土大砖只具备熔窑主体的支撑能力和一定程度的抗玻璃液侵蚀能力，但其密度高，保温性能差，散热快；外层需要更厚的保温层，增加了建窑成本和燃料成本。
4.因此，亟需探索一种适用于玻璃熔窑池壁的轻质大砖。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：提供一种新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的制备方法。采用该方法制备得到的轻质大砖体积密度低，保温性能好，承重能力强，节能环保，能够适用于各类玻璃熔窑及工业高温熔窑，使用后整体熔窑热效率提升。
6.本发明所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的制备方法，由以下步骤组成：
7.(1)坯体的制备：将高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉、高铝水泥、废纸浆和水完全混合后倒入模具内，经高频震动成型，得到坯体；
8.(2)插入手持式震动棒紧贴模具边壁持续运动排气3
‑
5分钟；
9.(3)脱模干燥：将坯体连通模具一起静置一段时间后脱模，进行自然养护；
10.(4)高温煅烧：将步骤(3)自然养护完毕的坯体于105
‑
110℃干燥10
‑
15小时，然后于高温窑炉内于50
‑
80h升温至400
‑
450℃恒温18
‑
24h，于40
‑
65h升温至900
‑
1050℃恒温4
‑
5.5h，于35
‑
45h升温至1250
‑
1350℃恒温2
‑
4h，最后于20
‑
70小时内降温至110
‑
100℃开窑，然后冷却至室温；
11.(5)打磨：按照熔窑设计要求进行切割，经后处理制备得到新型玻璃熔窑池壁轻质大砖。
12.其中：
13.步骤(1)中所述的高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝
水泥的质量和为100％，其中：高铝聚轻球为60
‑
62％、球形超轻页岩陶粒15
‑
17％、轻质粘土为8
‑
12％、莫来石细粉为10
‑
12％、高铝水泥1
‑
5％。
14.步骤(1)中所述的废纸浆占高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥质量和的3
‑
5％；水占高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥质量和的5
‑
10％。
15.步骤(1)中所述的混合过程是先向高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土和莫来石细粉的混合物中加入水进行预混合10
‑
15分钟，使轻质粘土和莫来石细粉先覆盖于球形表面，使其充分渗透并增加球形重量，以阻止震动过程中球体漂浮；然后静置10
‑
15分钟，加入高铝水泥、废纸浆和水再次混合3
‑
5min倒入模具中。
16.预混合时加入水的质量占水总质量的10
‑
15％。
17.所述的高铝聚轻球中al2o3含量为50
‑
60％，粒度为1
‑
3mm，密度为0.8
‑
1.0g/cm3，气孔率大于75％。
18.所述的球形超轻页岩陶粒包含以下化学组分：sio
2 60
‑
65％、al2o
3 20
‑
25％；密度为300
‑
500kg/m3，孔隙率为58
‑
68％。
19.步骤(1)中所述的轻质粘土中al2o3含量为30
‑
35％，密度为1.2
‑
1.5g/cm3，粒度为100目，起到保护球壁的作用。
20.步骤(1)中所述的莫来石细粉中al2o3含量为60
‑
70％，粒度为200目，目的是调节铝含量，提高耐高温性。
21.步骤(1)中所述的高铝水泥为铝酸盐水泥ca50
‑
a900与硅酸盐水泥的混合物。
22.步骤(1)中所述的高频震动的频率为40
‑
60次/min，时间为25
‑
30min。
23.步骤(3)中所述的静置16
‑
24h后脱模，然后于15
‑
30℃下自然养护24
‑
48h。
24.步骤(5)中所述的后处理为将切割为合适尺寸的大砖进行六面光滑打磨，尺寸公差控制在 0～
‑
1mm。
25.步骤(5)中所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的尺寸为：长1000
‑
5000mm，宽500
‑
2000mm，高300
‑
800mm。
26.本发明所述的轻质大砖主要应用场所为玻璃熔窑及各类工业熔窑的池壁，属于耐火材料行业中用于建造电子玻璃、高铝玻璃、超薄玻璃、超白玻璃、光伏玻璃以及日用玻璃等高端玻璃生产过程中必要的熔窑段侧壁，降低窑体整体重量，显著提高熔窑熔炼温度和热效率，帮助玻璃生产商提高玻璃质量，节约燃料成本。
27.本发明所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖，使用高铝聚轻球和球形超轻页岩陶粒的复合球形结构，球内空腔在烧结过程中受热抽空为半真空状态，具备良好的保温性能，由超细轻质粘土和莫来石细粉覆盖球面增大强度，保证使用温度超过1300℃的同时增强砖体承重能力。
28.砖体设计和施工要求的砖体尺寸较大，因此为保证充分排水、排气、煅烧，需要分段恒温以保证砖体无裂缝，内部与外部性能均衡，使用过程中受热后在应力和剪力的作用下不易断裂。分段煅烧，分段恒温使得陶瓷结合更紧密，在按照设计尺寸加工切磨的过程中绝对不会产生脱粒现象，即使复杂异型尺寸也能精确加工，使用过程中高温下膨胀均匀，不易开裂。
29.本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
30.(1)采用本发明所述的方法制备得到的新型玻璃熔窑池壁用轻质大砖，经过振动浇筑一次成型并烧结，在热应力和剪力的作用下无任何层裂和断裂；在确保有足够高承重力的同时，提高熔窑整体热效率，节约燃料成本。
31.(2)采用本发明所述的方法制备得到的新型玻璃熔窑池壁用轻质大砖，体积密度低，保温性能好，承重能力强，节能环保，能够适用于各类玻璃熔窑及工业高温熔窑，使用后整体熔窑热效率提升。
32.(3)采用本发明所述的方法制备得到的新型玻璃熔窑池壁用轻质大砖，al2o3含量≥40％，体积密度为1.0
‑
1.5g/cm3，常温耐压强度≥12mpa，1300℃x 2h的重烧线变化为
‑
0.5～0.1％，1000℃的导热系数≤0.58w/m.k。
33.(4)采用本发明所述的方法制备得到的新型玻璃熔窑池壁用轻质大砖，综合体积密度低，表面无明显气孔，整体气孔表现闭孔率超过90％，保温性能好、结构稳定、承重性能高、切割打磨后尺寸精密，易于安装维护；使用后整体熔窑热效率提升，初融时间降低，温控控制精确，燃料消耗显著降低，外层不需要格外添加保温层，有效节约成本，提高玻璃企业利润。
34.(5)本发明所述的新型玻璃熔窑池壁用轻质大砖的制备方法，原料来源广泛，工艺参数易于控制，适合产业化推广生产。
具体实施方式
35.以下结合实施例对本发明作进一步描述。
36.实施例1
37.本实施例1所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的制备方法，由以下步骤组成：
38.(1)坯体的制备：将高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉、高铝水泥、废纸浆和水完全混合后倒入模具内，经高频震动成型，得到坯体；
39.(2)插入手持式震动棒紧贴模具边壁持续运动排气3分钟；
40.(3)脱模干燥：将坯体连通模具一起静置一段时间后脱模，进行自然养护；
41.(4)高温煅烧：将步骤(3)自然养护完毕的坯体于105℃干燥15小时，然后于高温窑炉内于65h持续升温至420℃恒温20h，于55h升温至980℃恒温5.0h，于40h升温至1300℃恒温3h，最后于50小时内降温至110℃开窑，然后冷却至室温；
42.(5)打磨：按照熔窑设计要求进行切割，经后处理制备得到新型玻璃熔窑池壁轻质大砖。
43.其中：
44.步骤(1)中所述的高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥的质量和为100％，其中：高铝聚轻球为60％、球形超轻页岩陶粒17％、轻质粘土为8％、莫来石细粉为10％、高铝水泥5％。
45.步骤(1)中所述的废纸浆占高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥质量和的3％；水占高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥质量和的7％。
46.步骤(1)中所述的混合过程是先向高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土和莫来石细粉的混合物中加入水进行预混合10分钟，使轻质粘土和莫来石细粉先覆盖于球形表
面，使其充分渗透并增加球形重量，以阻止震动过程中球体漂浮；然后静置15分钟，加入高铝水泥、废纸浆和水再次混合5min倒入模具中。
47.预混合时加入水的质量占水总质量的10％。
48.所述的高铝聚轻球中al2o3含量为55％，粒度为2mm，密度为0.8g/cm3，气孔率为80％。
49.所述的球形超轻页岩陶粒包含以下化学组分：sio
2 62％、al2o
3 21％；密度为350kg/m3，孔隙率为60％。
50.步骤(1)中所述的轻质粘土中al2o3含量为33％，密度为1.3g/cm3，粒度为100目，起到保护球壁的作用。
51.步骤(1)中所述的莫来石细粉中al2o3含量为62％，粒度为200目，目的是调节铝含量，提高耐高温性。
52.步骤(1)中所述的高铝水泥为铝酸盐水泥ca50
‑
a900与硅酸盐水泥的混合物。
53.步骤(1)中所述的高频震动的频率为50次/min，时间为28min。
54.步骤(3)中所述的静置20h后脱模，然后于25℃下自然养护48h。
55.步骤(5)中所述的后处理为将切割为合适尺寸的大砖进行六面光滑打磨，尺寸公差控制在 0～
‑
1mm。
56.步骤(5)中所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的尺寸为：长1000mm，宽500mm，高300mm。
57.实施例2
58.本实施例2所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的制备方法，由以下步骤组成：
59.(1)坯体的制备：将高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉、高铝水泥、废纸浆和水完全混合后倒入模具内，经高频震动成型，得到坯体；
60.(2)插入手持式震动棒紧贴模具边壁持续运动排气5分钟；
61.(3)脱模干燥：将坯体连通模具一起静置一段时间后脱模，进行自然养护；
62.(4)高温煅烧：将步骤(3)自然养护完毕的坯体于110℃干燥10小时，然后于高温窑炉内于50h持续升温至400℃恒温20h，于40h升温至900℃恒温4h，于35h升温至1250℃恒温2h，最后于45小时内降温至100℃开窑，然后冷却至室温；
63.(5)打磨：按照熔窑设计要求进行切割，经后处理制备得到新型玻璃熔窑池壁轻质大砖。
64.其中：
65.步骤(1)中所述的高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥的质量和为100％，其中：高铝聚轻球为62％、球形超轻页岩陶粒15％、轻质粘土为10％、莫来石细粉为12％、高铝水泥1％。
66.步骤(1)中所述的废纸浆占高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥质量和的4％；水占高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥质量和的9％。
67.步骤(1)中所述的混合过程是先向高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土和莫来石细粉的混合物中加入水进行预混合15分钟，使轻质粘土和莫来石细粉先覆盖于球形表面，使其充分渗透并增加球形重量，以阻止震动过程中球体漂浮；然后静置13分钟，加入高
铝水泥、废纸浆和水再次混合5min倒入模具中。
68.预混合时加入水的质量占水总质量的13％。
69.所述的高铝聚轻球中al2o3含量为55％，粒度为2mm，密度为0.8g/cm3，气孔率为80％。
70.所述的球形超轻页岩陶粒包含以下化学组分：sio
2 62％、al2o
3 21％；密度为350kg/m3，孔隙率为60％。
71.步骤(1)中所述的轻质粘土中al2o3含量为33％，密度为1.3g/cm3，粒度为100目，起到保护球壁的作用。
72.步骤(1)中所述的莫来石细粉中al2o3含量为62％，粒度为200目，目的是调节铝含量，提高耐高温性。
73.步骤(1)中所述的高铝水泥为铝酸盐水泥ca50
‑
a900与硅酸盐水泥的混合物。
74.步骤(1)中所述的高频震动的频率为40次/min，时间为30min。
75.步骤(3)中所述的静置18h后脱模，然后于30℃下自然养护40h。
76.步骤(5)中所述的后处理为将切割为合适尺寸的大砖进行六面光滑打磨，尺寸公差控制在 0～
‑
1mm。
77.步骤(5)中所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的尺寸为：长3000mm，宽1300mm，高600mm。
78.实施例3
79.本实施例3所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的制备方法，由以下步骤组成：
80.(1)坯体的制备：将高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉、高铝水泥、废纸浆和水完全混合后倒入模具内，经高频震动成型，得到坯体；
81.(2)插入手持式震动棒紧贴模具边壁持续运动排气4分钟；
82.(3)脱模干燥：将坯体连通模具一起静置一段时间后脱模，进行自然养护；
83.(4)高温煅烧：将步骤(3)自然养护完毕的坯体于110℃干燥12小时，然后于高温窑炉内于80h持续升温至450℃恒温24h，于65h升温至1050℃恒温5.5h，于45h升温至1350℃恒温4h，最后于70小时内降温至110℃开窑，然后冷却至室温；
84.(5)打磨：按照熔窑设计要求进行切割，经后处理制备得到新型玻璃熔窑池壁轻质大砖。
85.其中：
86.步骤(1)中所述的高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥的质量和为100％，其中：高铝聚轻球为62％、球形超轻页岩陶粒15％、轻质粘土为12％、莫来石细粉为10％、高铝水泥1％。
87.步骤(1)中所述的废纸浆占高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥质量和的3％；水占高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土、莫来石细粉和高铝水泥质量和的10％。
88.步骤(1)中所述的混合过程是先向高铝聚轻球、球形超轻页岩陶粒、轻质粘土和莫来石细粉的混合物中加入水进行预混合15分钟，使轻质粘土和莫来石细粉先覆盖于球形表面，使其充分渗透并增加球形重量，以阻止震动过程中球体漂浮；然后静置10分钟，加入高铝水泥、废纸浆和水再次混合5min倒入模具中。
89.预混合时加入水的质量占水总质量的15％。
90.所述的高铝聚轻球中al2o3含量为55％，粒度为2mm，密度为0.8g/cm3，气孔率为80％。
91.所述的球形超轻页岩陶粒包含以下化学组分：sio
2 62％、al2o
3 21％；密度为350kg/m3，孔隙率为60％。
92.步骤(1)中所述的轻质粘土中al2o3含量为33％，密度为1.3g/cm3，粒度为100目，起到保护球壁的作用。
93.步骤(1)中所述的莫来石细粉中al2o3含量为62％，粒度为200目，目的是调节铝含量，提高耐高温性。
94.步骤(1)中所述的高铝水泥为铝酸盐水泥ca50
‑
a900与硅酸盐水泥的混合物。
95.步骤(1)中所述的高频震动的频率为60次/min，时间为25min。
96.步骤(3)中所述的静置24h后脱模，然后于30℃下自然养护40h。
97.步骤(5)中所述的后处理为将切割为合适尺寸的大砖进行六面光滑打磨，尺寸公差控制在 0～
‑
1mm。
98.步骤(5)中所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的尺寸为：长5000mm，宽2000mm，高800mm。
99.对比例1
100.本对比例1所述的新型玻璃熔窑池壁轻质大砖的制备方法与实施例3相同，唯一的不同点在于，步骤(4)中高温煅烧过程不同，本对比例1所述的高温煅烧：将步骤(3)自然养护完毕的坯体于110℃干燥12小时，然后以17℃/h的升温速率升温至1350℃恒温79h，最后于70小时内降温至110℃开窑，然后冷却至室温。
101.对实施例1
‑
3和对比例1制备得到的玻璃熔窑池壁轻质大砖进行性能检测，结果如下表1所示：
102.