CN115894018B

CN115894018B - 玻璃窑炉流料嘴砖及其制备方法

Info

Publication number: CN115894018B
Application number: CN202310010406.7A
Authority: CN
Inventors: 梁新星; 王其尧; 范崇方; 刘小钢; 梁奇星; 刘亚龙; 申伟峰; 巴亚丽; 张宁; 杨丽萨; 彭芳瑞
Original assignee: Zhengzhou Fangming High Temperature Ceramic New Material Co ltd
Current assignee: Zhengzhou Fangming High Temperature Ceramic New Material Co ltd
Priority date: 2023-01-05
Filing date: 2023-01-05
Publication date: 2023-09-22
Anticipated expiration: 2043-01-05
Also published as: CN115894018A

Abstract

本发明涉及高温材料，尤其涉及玻璃窑炉流料嘴砖及其制备方法，工作层材质没有低熔点的玻璃相，二氧化锆含量高，烧结温度高，故抗侵蚀性能远优于电熔AZS保护层是料嘴砖的非工作部位，不接触玻璃液，起到衬托、保护工作层的作用，制作成本较低，所以复合型料嘴砖的总体成本略高于电熔AZS，基于上述复合型料嘴砖的独特性能，相对于电熔AZS料嘴砖，使用寿命长，对于降低玻璃企业成本、节约资源、提高企业和社会效益将起到很重要的作用。

Description

玻璃窑炉流料嘴砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及高温材料，尤其涉及玻璃窑炉流料嘴砖及其制备方法。

背景技术

特种玻璃管状制品是重要的无机材料，广泛应用于医疗、电子、国防军工、民用等诸多领域。目前制造特种玻璃管状制品的玻璃窑炉所用的流料嘴砖均为电熔锆刚玉材质，英文缩写AZS，其牌号有AZS-33#、AZS-36#、AZS-41#。牌号的含义：A-AI2O3，Z-ZrO2，S-SiO2号码（33#、36#、41#）表示各牌号的二氧化锆百分含量。目前，应用较多的料嘴砖材质为AZS-33#。

电熔锆刚玉料嘴砖是用工业氧化铝和锆英砂（含ZrO2：65%左右，SiO2：34%左右），外加部分纯碱Na2CO3,经电弧炉熔融、铸造而成。该砖的物相组成为：刚玉、斜锆石、刚玉斜锆石共晶体、玻璃相。因砖中约有15%左右的低熔点玻璃相存在，故在高温工况环境下，砖中玻璃相不断向砖的表面析出，并与流动的高温玻璃液进行不间断的物理冲刷，砖体内部结构出现空洞，进而高温玻璃液由砖体表面逐步向内部渗透、侵蚀，由渗透层逐步成为变质层后，便脱落流失于玻璃液中，在玻璃液对砖的物理冲刷和化学侵蚀的双重作用下，致使砖体的玻璃液通道的宽度尺寸变大，当宽度尺寸增加10毫米左右时，玻璃液流量失控，砖体报废，需要更换新的料嘴砖，造成检修停产损失，加大玻璃企业生产成本。

为降低玻璃相溶出，本领域的技术人员研究出现有技术1，一种零玻璃相渗出的熔铸锆刚玉耐火砖（202010659684.1），具体公开了Al₂O₃占59.6～65.9%、ZrO₂占15.1～17.7%、SiO₂占16.4～17.2%、Na₂O 占2.2～2.5%、Fe₂O₃与TiO₂合计占0.2%，在熔铸锆刚玉中SiO₂构成了玻璃相的主体，直接决定玻璃向的数量，而Na₂O则影响玻璃相的粘度，减少化学成分中的SiO₂和Na₂O的含量，可以降低材料内部玻璃相的数量，改善玻璃相的质量，从而降低玻璃相的渗出量，然而其依然属于熔铸锆刚玉砖，其硅钠合量高达17.3%—20.2%，该体系中玻璃相仍然居高不下。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种工作层材质没有低熔点的玻璃相，二氧化锆含量高，烧结温度高的玻璃窑炉流料嘴砖及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种玻璃窑炉流料嘴砖，包括内层工作层以及外层保护层，所述工作层的厚度占比为30%-40%，所述保护层的厚度占比为60-70%；

所述工作层由以下重量百分比的原料制成，ZrO₂70-90wt%、α-Al₂O₃4-20wt%、Al₂O₃2-5wt%、SiO₂1-3wt%、Y₂O₃1-3wt%、MgO 1-3wt%；

所述保护层由以下重量百分比的原料制成，α-Al₂O₃10-20wt%、 Al₂O₃5-8wt%、SiO₂2-4wt%、莫来石晶体70-80wt%。

进一步地，所述ZrO₂为纯度不低于95%的稳定锆粉，粒度为2μm-74μm。

进一步地，所述α-Al₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-74μm。

进一步地，所述Al₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm。

进一步地，所述SiO₂纯度不低于95%，粒度为2μm-10μm。

进一步地，所述Y₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm。

进一步地，所述MgO纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm。

进一步地，所述莫来石晶体中Al₂O₃、SiO₂、K₂O三者的总含量不低于98wt%，粒度为2μm-74μm。

一种玻璃窑炉流料嘴砖制备方法，包括以下步骤：

步骤一，工作层制坯，将ZrO₂70-90wt%、α-Al₂O₃4-20wt%、Al₂O₃3-5wt%、SiO₂1-3wt%、Y₂O₃1-3wt%、MgO 1-3wt%混合，注入工作层模具腔中，振实，得到工作层坯料；

步骤二，工作层定型，将工作层坯料自然干燥，然后加热至120℃，恒温保持24h，得到工作层定型料；

步骤三，工作层烧成，升温至1550-1590℃，烧结15-20h，得到工作层预制件；

步骤四，整砖制坯，将工作层预制件放入整砖模具中，将α-Al₂O₃10-15wt%、Al₂O₃5-8wt%、SiO₂2-4wt%、莫来石晶体70-80wt%注入整砖模具的模腔中，振实，得到整砖坯料；

步骤五，整砖定型，将整砖坯料自然干燥，然后加热至120℃，恒温保持24h，得到整砖定型料；

步骤六，整砖烧成，升温至1200-1300℃，烧结10-15h，得到玻璃窑炉流料嘴砖。

本发明的有益效果在于：工作层材质没有低熔点的玻璃相，二氧化锆含量高，烧结温度高，故抗侵蚀性能远优于电熔AZS，熔铸锆刚玉砖的玻璃相来源是SiO₂、Na₂O一定温度下的反应产物，因此熔铸锆刚玉砖含有约20wt%左右的玻璃相，目的是熔铸砖在制砖过程中防止制品开裂所采取的不得已措施，本申请配料体系中由于SiO₂、Na₂O组分含量非常低且属烧结法生产，制品中几乎不存在玻璃相，所以本申请制品的工作层具有优良的抗玻璃液侵蚀性能，二氧化锆是抗玻璃液侵蚀的主体，制品中二氧化锆含量的高低决定了制品抗玻璃液侵蚀能力的强弱，熔铸锆刚玉砖二氧化锆含量是33wt%，而本申请的工作层二氧化锆含量是70-90wt%，烧结温度是促进工作层固相反应和晶相发育、成长的动力源，本申请工作层是根据各材料组分、性质，经多次试验确定的适宜烧结温度1550-1590℃，从而保证制品的最佳指标、性能，保护层是料嘴砖的非工作部位，不接触玻璃液，起到衬托、保护工作层的作用，制作成本较低，所以复合型料嘴砖的总体成本略高于电熔AZS，基于上述复合型料嘴砖的独特性能，相对于电熔AZS料嘴砖，使用寿命长，对于降低玻璃企业成本、节约资源、提高企业和社会效益将起到很重要的作用。

附图说明

图1为流嘴砖结构示意图。

具体实施方式

下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下各实施例中，

ZrO₂为纯度不低于95%的稳定锆粉，粒度为2μm-74μm；

α-Al₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-74μm；

Al₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm；

SiO₂纯度不低于95%，粒度为2μm-10μm；

Y₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm；

MgO纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm；

莫来石晶体中Al₂O₃、SiO₂、K₂O三者的总含量不低于98wt%，粒度为2μm-74μm；

按照设计重量比例分别配制工作层原料和保护层原料，分别投入三维混合机内，混合时间不低于15h，取出后备用，

制备方法包括以下步骤，

步骤一，工作层制坯，取经混合后设计重量的工作层原料，投入搅拌机中，搅拌15h以上，注入工作层模具腔中，采用三维变频振动器，进行振动成型，振动时间10-15分钟，得到工作层坯料；

步骤二，工作层定型，将工作层坯料自然干燥24-36h，然后通过20h自室温均匀加热至120℃，恒温120℃保持24h，得到工作层定型料；

步骤三，工作层烧成，将工作层定型料放入电热炉或燃气窑炉或燃气窑炉进行高温煅烧，由室温以20-30℃/h的升温速度升温至1550-1590℃，然后恒温烧结15-20h，自然冷却到室温得到工作层预制件；

步骤四，整砖制坯，将工作层预制件放入整砖模具中，取经混合后设计重量的工作层原料，投入搅拌机中，搅拌15h以上，注入整砖模具中，采用三维变频振动器，进行振动成型，振动时间10-15分钟，得到整砖坯料；

步骤五，整砖定型，将整砖坯料自然干燥24-36h，然后通过20h自室温均匀加热至120℃，恒温120℃保持24h，得到整砖定型料；

步骤六，整砖烧成，将整砖定型料放入电热炉或燃气窑炉或燃气窑炉进行高温煅烧，由室温以15-20℃/h的升温速度升温至1200-1300℃，然后恒温烧结10-15h，自然冷却到室温得到玻璃窑炉流料嘴砖。

实施例1

一种玻璃窑炉流料嘴砖，包括内层工作层以及外层保护层，工作层的厚度占比为30-40%，保护层的厚度占比为60-70%；

工作层由以下重量百分比的原料制成，

ZrO₂70wt%；

α-Al₂O₃16wt%；

Al₂O₃5wt%；

SiO₂4wt%；

Y₂O₃3wt%；

MgO 2wt%；

保护层由以下重量百分比的原料制成，

α-Al₂O₃15wt%；

Al₂O₃5wt%；

SiO₂5wt%；

莫来石晶体75wt%。

检测结构见附表1。

实施例2

工作层由以下重量百分比的原料制成，

ZrO₂85wt%；

α-Al₂O₃5wt%；

Al₂O₃4wt%；

SiO₂2wt%；

Y₂O₃3wt%；

MgO 1wt%；

保护层由以下重量百分比的原料制成，

α-Al₂O₃14wt%；

Al₂O₃3wt%；

SiO₂3wt%；

莫来石晶体80wt%。

检测结果见附表1。

附表1

附表1为本申请性能检测结果，

其中显气孔率检测执行标准为GB/T2997-2000；

体积密度检测执行标准为GB/T2997-2000；

抗压强度检测执行标准为GB/T5072.2-2004；

热震稳定性检测执行标准为YB/T376.1-1995。

由附表1可以得到，本发明的流料嘴砖其急冷急热性能和抗玻璃液侵蚀性能均优于33#电熔锆刚玉砖。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种玻璃窑炉流料嘴砖，其特征在于，包括内层工作层以及外层保护层，所述工作层的厚度占比为30%-40%，所述保护层的厚度占比为60-70%；

所述工作层由以下重量百分比的原料制成，ZrO₂ 70-90wt%、α-Al₂O₃ 4-20wt%、Al₂O₃ 2-5wt%、SiO₂ 1-3wt%、Y₂O₃ 1-3wt%、MgO 1-3wt%；

所述保护层由以下重量百分比的原料制成，α-Al₂O₃ 10-20wt%、Al₂O₃ 5-8wt%、SiO₂ 2-4wt%、莫来石晶体70-80wt%；

其中，所述Al₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm。

2.根据权利要求1所述的玻璃窑炉流料嘴砖，其特征在于，所述ZrO₂为纯度不低于95%的稳定锆粉，粒度为2μm-74μm。

3.根据权利要求1所述的玻璃窑炉流料嘴砖，其特征在于，所述α-Al₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-74μm。

4.根据权利要求1所述的玻璃窑炉流料嘴砖，其特征在于，所述SiO₂纯度不低于95%，粒度为2μm-10μm。

5.根据权利要求1所述的玻璃窑炉流料嘴砖，其特征在于，所述Y₂O₃纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm。

6.根据权利要求1所述的玻璃窑炉流料嘴砖，其特征在于，所述MgO纯度不低于98%，粒度为2μm-10μm。

7.根据权利要求1所述的玻璃窑炉流料嘴砖，其特征在于，所述莫来石晶体中Al₂O₃、SiO₂、K₂O三者的总含量不低于98wt%，粒度为2μm-74μm。

8.一种玻璃窑炉流料嘴砖制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，工作层制坯，将ZrO₂ 70-90wt%、α-Al₂O₃ 4-20wt%、Al₂O₃ 2-5wt%、SiO₂ 1-3wt%、Y₂O₃ 1-3wt%、MgO 1-3wt%混合，注入工作层模具腔中，振实，得到工作层坯料；

步骤二，工作层定型，将工作层坯料自然干燥，然后加热至120℃ , 恒温保持24h，得到工作层定型料；

步骤三，工作层烧成，升温至1550-1590℃ , 烧结15-20h，得到工作层预制件；

步骤四，整砖制坯，将工作层预制件放入整砖模具中，将α-Al₂O₃10-20wt%、Al₂O₃5-8wt%、SiO₂ 2-4wt%、莫来石晶体70-80wt%注入整砖模具的模腔中，振实，得到整砖坯料；

步骤五，整砖定型，将整砖坯料自然干燥，然后加热至120℃ , 恒温保持24h，得到整砖定型料；

步骤六，整砖烧成，升温至1200-1300℃ , 烧结10-15h，得到玻璃窑炉流料嘴砖。