CN116283340B - 一种利用硼泥制备发泡陶瓷墙板的无模裸烧的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用硼泥制备发泡陶瓷墙板的无模裸烧的工艺，包括将原料含硼泥、碳化硅和硅微粉混合后，进行研磨；在研磨后的原料中加入石蜡颗粒后，混合均匀；将混合均匀后的原料通过定量给料机输送至螺旋给料机；经过螺旋给料机增压挤出，成型；成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧；烧成后的板材进行精密退火，获得轻质发泡陶瓷墙板。本发明的无模裸烧工艺方法可有效降低耐火材料组合模具的使用率，解决发泡陶瓷材料产线占地面积大、能耗高、成本高、设备投入大等瓶颈问题，有利于推动发泡陶瓷产业发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用硼泥制备发泡陶瓷墙板的无模裸烧的工艺，属于硼泥资源综合利用和发泡陶瓷建材技术领域。
背景技术
硼泥是指硼工业的生产过程中将大量的脉石等杂质矿物与硼矿石被一同破碎、焙烧或溶出后，排出的由未被利用的镁盐和脉石组成的废渣。由于现有硼矿资源品位较差，开采难度增大，生产成本高于国际先进水平，在国际低价硼产品的冲击下，国产硼酸和硼砂的市场份额一直在萎缩，行业产能严重过剩，企业停工率进一步加剧，整体开工率不足50％。此外，部分企业没有创新意识，技术储备匮乏，技术人员不足，不能开发高附加值产品，高端产品基本依赖进口，硼泥污染处理不当等问题也严重阻碍着我国硼工业的进一步发展。
目前全行业生产发泡陶瓷隔墙板均采用耐火材料组合的模具，能耗高造成产品成本偏高，困扰了企业的发展。发泡陶瓷墙板一般是在1200℃左右高温下成瓷、固化、烧结发泡而成的具有大量独立定向均匀封闭气孔的高端新型环保、装配式建筑用墙体材料，具有轻质高强、保温隔音、耐火防潮的优异性能。传统发泡陶瓷墙板的生产工艺，主要是采用辊道窑和隧道窑水平烧结工艺，在坯体成型过程中一般是采用喷雾造粒工艺，制备料球，再将料球装入堇青石模具，并对整个模具进行明焰烧结，使发泡陶瓷在模具约束条件下发泡，获得尺寸规则的发泡陶瓷产品。这个工艺的喷雾造粒过程需要使材料中的35％的水分蒸发掉，耗费大量能源，而且污染空气。另外，在加热发泡过程中，需要把整个堇青石模具加热到1100℃左右，耗费能源较大，而且堇青石模具使用次数只有180次，模具消耗费用较多。在退火过程中，由于堇青石模具重量大、吸热多，对内部发泡陶瓷进行二次热交换，导致内部发泡陶瓷产品无法快速均匀降温，降低了发泡陶瓷材料的成品率，也使退火时间大大延长，再加上隧道窑和辊道窑热效率太低，投资过大，导致产品生产成本太高。因此，发泡陶瓷行业亟需开发一种简易烧成工艺，大幅降低生产成本，才能使产业良性可持续发展。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种利用硼泥制备发泡陶瓷墙板的无模裸烧的工艺。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种利用硼泥制备发泡陶瓷墙板的无模裸烧的工艺，其包括如下步骤：
S1、将原料包括硼泥、碳化硅和硅微粉混合后，进行研磨；
S2、在研磨后的原料中加入石蜡颗粒后，混合均匀；
S3、将步骤S2混合均匀后的原料通过定量给料机输送至螺旋给料机；
S4、经过螺旋给料机增压挤出，成型；
S5、成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧；
S6、烧成后的板材进行精密退火，获得轻质发泡陶瓷墙板。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S1中，按重量份计，所述硼泥为15～30份，所述碳化硅为0.5～5.0份，所述硅微粉为70～85份。
如上所述的工艺，优选地，所述硼泥的主要成分包括镁组分(MgO23％～43.4％)、硅组分(SiO2 22.6％～32.7％)、硼组分(B2O30.7％～5.6％)、铝组分(Al2O3 0.1％～5.0％)和碱组分(R2O≤7.7％)的硼泥，R为碱金属元素：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)。
如上所述的工艺，优选地，所述硅微粉为二氧化硅含量≥93％的硅微粉，颗粒粒度≤200目。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S1中，研磨的时间为20～30min。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S2中，所述石蜡颗粒的粒度为2～5mm，石蜡的添加量为原料总重量的10～20％。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S3中，所述原料的给料速度为50～200kg/min。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S4中，挤出压力为2～4MPa；
原料经过螺旋挤出机模具过程中自动在材料表面喷涂石墨作为脱模剂。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S5中，所述约束条件下的无模裸烧，约束辊棒每级放宽约束1～5mm，约束段为10级。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S5中，所述裸烧的工艺参数：烧结时间10～30min，烧结温度1000～1150℃。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S6中，所述精密退火工艺为先升温至680℃，保持90～120min后降温至100℃～120℃保持6～10h。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供了一种利用硼泥制备发泡陶瓷墙板的无模裸烧工艺方法，其在热成型的工艺路径上摒弃传统的“模具成型法”(即模具自始至终伴随整个热工艺过程)，可实现无模具快速成型，不再需要装卸载模具，铺垫陶瓷纤维纸，自动布料机及回车线***等，可有效避免耐火材料组合模具的不合理使用所带来的高能耗低产能的现况，可解决传统发泡陶瓷材料产线占地面积大，成本高，设备投入大等瓶颈问题，有利于推动发泡陶瓷产业发展。
附图说明
图1为本发明的生产工艺流程所用设备的示意图。
具体实施方式
本发明的原理是基于硼泥含硼、含碱、镁高、含水量高且具可塑性、粘结性等特性，利用硼泥中B能够降低物料软熔温度，从而降低烧成温度，促进产品高温烧结反应，提升降火退温时的工艺控制手段，改善结构均匀致密性，同时，在配比中添加发泡剂碳化硅和硅微粉，可使得发泡产生的SiO2附着在SiC表面，减缓了发泡反应的反应进程，利用硼泥的强碱性在产品高温烧结时，腐蚀配方体系中SiO2保护层，促进产品的发泡速率，增加气体的生成量。硼泥成分中的硅、钙、镁、铝等，均可以作为发泡陶瓷的高温助溶稳定剂使用，由于硼泥的加入，减少了对应元素的矿物及化工料的加入，降低了配方原料成本，同时助溶稳定剂添加量的提升，可以降低产品的烧结温度，减少烧结时间，提高单体设备产能，节约能源成本。
本发明将硼泥，发泡剂碳化硅和配合料硅微粉依据Ca-Si-Mg-Al-O体系的主晶相区，进行发泡陶瓷制备过程的成分设计，通过添加剂诱导形成不同的晶相，并优化晶体空间结构填充率的方法，形成不同物理性能的发泡陶瓷产品的配方体系，并结合不同硼泥配方体系通过无模裸烧的工艺方法制备发泡陶瓷墙材，可实现无模具快速成型，不再需要装卸载模具，铺垫陶瓷纤维纸，自动布料机及回车线***等，可有效避免耐火材料组合模具的不合理使用所带来的高能耗低产能的现况，且本发明工艺的设备投入、占地也会比当前的其他工艺小很多。传统的发泡陶瓷成型工艺都是完全烧结以后再切割磨削，耗损非常大，导致发泡陶瓷隔墙板的直接生产成本是700-800元/立方米，而本发明方法的直接生产成本是350元/立方米以下，成本大大降低。
本发明提供的一种利用硼泥制备发泡陶瓷墙板的无模裸烧的工艺，其包括如下步骤：
S1、将原料包括硼泥、碳化硅和硅微粉混合后，进行共磨研磨；
S2、在研磨后的原料中加入石蜡颗粒后，混合均匀；
S3、将上述混合均匀后的原料通过定量给料机输送至螺旋给料机；
S4、经过螺旋给料机增压挤出，进入成型模具成型；
S5、成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧；
S6、烧成后的板材进行精密退火，获得轻质发泡陶瓷墙板。
如上所述的工艺，优选地，在步骤S1中，按重量份计，所述硼泥为15～30份，所述碳化硅为0.5～5.0份，所述硅微粉为70～85份。
经过大量试验研究发现：随着硼泥配入量的增加，平均孔径逐渐增加。当硼泥配入量由15上升至30时，平均孔径几乎没有变化，分别为1.69mm和1.51mm，孔径分布无明显变化，气孔形状接近均匀的圆形，发育情况良好，气孔壁较厚，孔径分布较为均匀，总体接近正态分布，说明硼泥掺量为适当值，整体结构无明显变化。当硼泥用量大于30份时，平均孔径上升至2.54mm，孔径分布离散性增加，分布范围变宽，发泡陶瓷开始出现形状不规则的较大缺陷孔。当硼泥用量上升至35％时，平均孔径大幅上升至5.34mm，形状规则的圆形气孔消失，孔壁变的极薄，气孔分布完全离散。这是因为当硼泥用量较少时，混合料中的碱土金属氧化物如MgO等含量较少，高温熔体的形成温度较高，粘度较大，包裹住发泡剂产生的气体较少，气泡难以长大，因此发泡孔孔径较小，分布较为均匀。而随着硼泥用量的增加，混合料中的SiO2、Al2O3等玻璃网络形成体含量下降，MgO等碱土金属氧化物含量增加，而MgO是典型的网络变形体，Mg2+为变网离子，在高温下可抢夺硅氧四面体[SiO4]中的氧原子，导致硅酸盐骨架破裂，高温熔体的粘度大幅下降，气孔过度长大，同时，气孔壁过薄，气孔开始冲破气孔壁融合成大通孔，导致出现异常大孔。因此硼泥掺量优选为15～30份。
优选地，硼泥的主要成分包括镁组分(MgO 23％～43.4％)、硅组分(SiO222.6％～32.7％)、硼组分(B2O30.7％～5.6％)、铝组分(Al2O3 0.1％～5.0％)和碱组分(R2O≤7.7％)的硼泥，R为碱金属元素：锂(Li)、钠(Na)、钾(K)。
所述硅微粉为二氧化硅含量≥93％的硅微粉，颗粒粒度≤200目。
优选地，在步骤S1中，研磨的时间为20～30min。
优选地，在步骤S2中，所述石蜡颗粒的粒度为2～5mm，石蜡的添加量为原料总重量的10～20％。
优选地，在步骤S3中，所述原料的给料速度为50～200kg/min。
优选地，在步骤S4中，挤出的压力为2～4MPa。
原料经过螺旋挤出机模具过程中自动在材料表面喷涂石墨作为脱模剂。
优选地，在步骤S5中，所述约束条件下的无模裸烧，约束辊棒每级放宽约束1～5mm，约束段为10级。
优选地，在步骤S5中，所述裸烧的烧结时间为10～30min，烧结的温度为1000～1150℃。
优选地，在步骤S6中，所述精密退火工艺为先升温至680℃，保持90～120min后降温至100℃～120℃保持6～10h。
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。下面实施例中所用百分号未特别说明的均为重量百分比，所用的硼泥主要成分是镁(MgO 23％～43.4％)、硅(SiO222.6％～32.7％)、铝(Al2O3 0.1％～5.0％)和碱(R2O 1.1％～7.7％，R为Li、Na、K)、硼(B2O30.7％～5.6％)，还有少量的钙(CaO 1.2％～5.9％)等，硅微粉的主要成分二氧化硅的含量是93％，石蜡的粒度2～5mm。
实施例1
采用如图1所示的设备，按照重量份计，将硼泥30份，碳化硅5份和硅微粉65份，用立式雷蒙磨进行研磨混匀，研磨20min后；再在混匀后的原料中添加其重量百分比为10％的石蜡颗粒后混合均匀；加入进料斗1中，将混合料通过定量给料机输送至螺旋给料机，给料速度为180kg/min，同时原料经过挤出电机2带动的螺旋挤出机3、进入成型模具5，在此过程中注射脱模剂4，石墨作为脱模剂，自动在材料表面喷涂石墨；并进行增压挤出，成型，其中螺旋挤出机3挤出压力为2MPa，通过成型模具5后成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧，其中约束辊棒每级放宽约束3mm，约束段为10级；将坯体进入发泡炉6烧结，发泡炉6中设有发热体7，烧结温度为1050℃，烧结时间为30min；最后将烧成后的板材进入切割机8切割后，送入设有传动辊棒9的网带退火炉10进行精密退火，最高温度至680℃，保持120min后，680℃降至100℃，100℃保持时间为8h，获得发泡陶瓷墙板。
实施例2
按照重量份计，将硼泥25份，发泡剂采用碳化硅5份，硅微粉70份，用立式雷蒙磨进行研磨混匀，研磨混合时间30min后；再在混匀后的原料中添加其重量百分比为15％的石蜡颗粒后混合均匀；加入进料斗，将混合料通过定量给料机输送至螺旋给料机，给料速度为100kg/min，同时原料经过螺旋挤出机模具过程中自动在材料表面喷涂石墨作为脱模剂；并进行增压挤出，成型，其中挤出压力为2.5MPa，将成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧，其中约束辊棒每级放宽约束3mm，约束段为10级；将坯体进入发泡炉烧结，烧结温度为1150℃，烧结时间为30min；最后将烧成后的板材送入网带退火炉进行精密退火，最高温度至680℃，保持120min后，680℃降至120℃，100℃保持时间为10h，获得发泡陶瓷墙板。
实施例3
按照重量份计，进行配料：硼泥30份，碳化硅5份，硅微粉65份，用立式雷蒙磨进行研磨混匀，研磨混合时间20min后；再在混匀后的原料中添加其重量百分比为15％的石蜡颗粒后混合均匀；加入进料斗，将混合料通过定量给料机输送至螺旋给料机，给料速度为150kg/min，同时原料经过螺旋挤出机模具过程中自动在材料表面喷涂石墨作为脱模剂；并进行增压挤出，成型，其中挤出压力为3MPa，将成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧，其中约束辊棒每级放宽约束3mm，约束段为10级；将坯体进入发泡炉烧结，烧结温度为1050℃，烧结时间为30min；最后将烧成后的板材送入网带退火炉进行精密退火，最高温度至680℃，保持时间120min后，从680℃降至120℃，120℃保持时间为6.5h，获得发泡陶瓷墙板。
实施例4
按照重量份计，进行配制原料：硼泥20份，碳化硅3份，硅微粉77份，用立式雷蒙磨进行研磨混匀，混合时间20min；再在混匀后的原料中添加其重量百分比为10％的石蜡颗粒后混合均匀；加入进料斗，将混合料通过定量给料机输送至螺旋给料机，给料速度为100kg/min，同时原料经过螺旋挤出机模具过程中自动在材料表面喷涂石墨作为脱模剂；并进行增压挤出，成型，其中挤出压力为4MPa，将成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧，其中约束辊棒每级放宽约束3mm，约束段为10级；将坯体进入发泡炉烧结，烧结温度为1150℃，烧结时间为30min；最后将烧成后的板材送入网带退火炉进行精密退火，最高温度至680℃，保持时间为120min后，从680℃降至120℃，120℃保持时间为10h，获得发泡陶瓷墙板。
实施例5
按照重量份计，进行配制原料：硼泥30份，碳化硅4份，硅微粉66份，用立式雷蒙磨进行研磨混匀，混合时间20min；再在混匀后的原料中添加其重量百分比为20％的石蜡颗粒后混合均匀；加入进料斗，将混合料通过定量给料机输送至螺旋给料机，给料速度为100kg/min，同时原料经过螺旋挤出机模具过程中自动在材料表面喷涂石墨作为脱模剂；并进行增压挤出，成型，其中挤出压力为2MPa，将成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧，其中约束辊棒每级放宽约束3mm，约束段为10级；将坯体进入发泡炉烧结，烧结温度为1150℃，烧结时间为30min；最后将烧成后的板材送入网带退火炉进行精密退火，升温最高温度至680℃，保持时间为90min后，从680℃降至120℃，120℃保持时间为8h，获得发泡陶瓷墙板。
上述实施例制备获得发泡陶瓷墙板的性能参数，根据GB/T23451-2009进行检测，检测结果如下表1。
表1
由上可见，本发明的方法制备的发泡陶瓷隔墙板符合现行标准的要求，但现有技术中制备的发泡陶瓷隔墙板的直接生产成本是700-800元/立方米，而本发明中的直接生产成本是350元/立方米以下，大大降低了生产成本。
现有中国发明专利申请CN108083735A提供了一种基于陶瓷抛光渣的全固废发泡陶瓷保温板及其制备方法。该发明采用陶瓷抛光渣等固体废弃物作为原料，极大提高发泡陶瓷产业对固体废弃物的消耗量，实现不可再生的矿物资源零索取，也在一定程度上降低发泡陶瓷的生产成本。在该发明的实施例2中，其制得发泡陶瓷保温板成品的体积密度198kg/m3，抗压强度0.78MPa，热导系数0.075W/(m﹒K)，燃烧性能达到A1级标准。具有轻质高强和保温性能好的特点，满足构筑节能建筑保温墙体的要求。与上述发明专利相对比，本发明的实施例的效果均好于该专利的实施例性能。
此外，中国发明专利申请CN108083735A采用传统发泡陶瓷墙板的辊道窑水平烧结的生产工艺，其能耗和模具耗费能源较大，窑炉热效率太低，投资过大，导致产品生产成本太高，而本发明的无模裸烧工艺方法可有效降低耐火材料组合模具的使用率，解决发泡陶瓷材料产线占地面积大、能耗高、成本高、设备投入大等瓶颈问题，更有利于推动发泡陶瓷产业发展。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何本领域技术人员可以利用上述公开的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种利用硼泥制备发泡陶瓷墙板的无模裸烧的工艺，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、将原料包括硼泥、碳化硅和硅微粉混合后，进行研磨；
S2、在研磨后的原料中加入石蜡颗粒后，混合均匀；
S3、将步骤S2混合均匀后的原料通过定量给料机输送至螺旋给料机；
S4、经过螺旋给料机增压挤出，成型；
S5、成型后的坯体直接进行约束条件下的无模裸烧；
S6、烧成后的板材进行精密退火，获得轻质发泡陶瓷墙板；
在步骤S1中，按重量份计，所述硼泥为15~30份，所述碳化硅为0.5~5.0份，所述硅微粉为70~85份；
在步骤S5中，所述约束条件下的无模裸烧，约束辊棒每级放宽约束1~5mm，约束段为10级。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述硼泥的主要成分包括镁组分按MgO计为23%~43.4%、硅组分按SiO2 计为22.6%~32.7%、硼组分按B2O3计为0.7%~5.6%、铝组分按Al2O3计为0.1%~5.0%和碱组分按R2O ≤7.7%的硼泥，R为碱金属元素。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤S1中，所述硅微粉为二氧化硅含量≥93%的硅微粉，颗粒粒度≤200目，研磨的时间为20~30min。
4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤S2中，所述石蜡颗粒的粒度为2~5mm，石蜡的添加量为原料总重量的10~20%。
5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤S3中，所述原料的给料速度为50~200kg/min。
6.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤S4中，挤出压力为2~4MPa原料经过螺旋挤出机模具过程中自动在材料表面喷涂石墨作为脱模剂。
7.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤S5中，所述裸烧工艺参数：烧结时间10~30min，烧结温度1000~1150℃。
8.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，在步骤S6中，所述精密退火工艺为先升温至680℃，保持90~120min后降温至100℃~120℃保持6~10h。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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