一种锡槽底砖及其制备方法

1.本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种锡槽底砖及其制备方法。


背景技术：

2.锡槽底砖是浮法成形的关键耐火材料，锡槽底砖等围成的槽池里盛着熔融的锡液，为了保护锡液不被氧化，锡槽内充满了氮氢保护气，玻璃液在锡液上摊开，在拉边机或挡边轮的作用下成形；锡槽底砖的质量的好坏直接影生产的响浮法玻璃质量，发明一种强耐腐蚀性和高保温性的锡槽底砖，使其避免反应层的剥落，不易形成霞石，提高浮法玻璃生产质量并延长锡槽底砖的使用寿命；该锡槽底砖导热系数小，在生产过程中有较高保温性能，可减少生产过程中的能源消耗，具有节能减排的作用。为保证浮法玻璃的生产质量和效率，需要一种综合性能比较好的锡槽底砖。
3.中国发明专利cn1480416a公开了一种锡槽底砖的制作方法，采用高铝水泥作为结合剂，而不采用生粘土，改变基质矿物结构，该方法有效增加了锡槽底砖的闭气孔率，减少霞石化，有效抵抗碱性腐蚀；但该方法会使锡槽底砖的导热系数增加，从而使保温性能有所降低；另一中国发明专利cn104909542a公开了一种锡槽底砖制作方法，该锡槽底砖可有效防止反应层剥落上浮，但其内部组分经过高温烧结使得莫来石相减少，耐高温性能降低。目前所存在的锡槽底砖的性能比较单一。
4.综上所述，急需通过改变各成分配比、结合剂与添加剂的成分以及改变硅铝熟料的加工方法，以此来获得一种新型的强耐蚀型和高温使用性的锡槽底砖及其制备方法。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种具有强耐蚀型和高温使用性的锡槽底砖及其制备方法，应用本发明中的锡槽底砖能够提高锡槽使用寿命和热效率，达到节能的效果。
6.为了实现上述目的，本发明锡槽底砖采用的技术方案如下：
7.一种锡槽底砖，包括以下重量份数的原料制成：硅铝熟料60～80份、纯铝酸钙水泥1～5份、高铝细粉6～20份、粘土粉2～4份、硅微粉1～5份、减水剂0.1～0.3份。
8.优选的，所述原料还包括硅溶胶1～3份、铝溶胶1～3份。所述硅溶胶sio2的质量分数为30～35％，颗粒大小在10～20纳米。所述铝溶胶al2o3的质量分数为20～25％，颗粒大小在50～70纳米。在原料中采用的硅溶胶和铝溶胶是耐火性很强的粘合剂，能够使各原料组成能结合在一起，不会使各原料组成在高温烧结使脱落，使锡槽底砖具有较强的耐蚀性。
9.优选的，所述硅铝熟料的体积密度为2.2～2.4g/cm3。将硅铝熟料的体积密度控制在上述范围之内，能够使本锡槽底砖的硅铝熟料相较于其他普通的硅铝熟料流动性更好，同时也使显气孔率在合适的范围内，有利于提高锡槽底砖的耐蚀性，不会使材料在高温及长期使用中发生损坏，延长使用寿命。
10.优选的，所述硅铝熟料中al2o3的质量分数为48～75％，fe2o3的质量分数不大于0.8％。将硅铝熟料的al2o3和fe2o3控制在上述范围内，能够降低硅铝熟料的体积密度和导
热系数，使锡槽底砖更加轻量化、导热系数减小，能提高锡槽底砖的保温性。
11.优选的，所述硅铝熟料由包括以下步骤制得：
12.(1)将配料搅拌均匀混合，得到均匀混合物料，所述配料包括以下重量份数的材料：高岭土细粉50～70份、粘土细粉15～25份、工业氧化铝细粉14～22份、重量矿化剂1～3份、水7～13份；
13.(2)将均匀混合物料通过挤压成型制作成坯体；
14.(3)将坯体在100～120℃烘干，再在1400～1600℃烧制11～13h；
15.(4)将烧制后的坯体粉碎，筛选，则获得硅铝熟料成品。
16.将烧制的温度控制在1500℃更有利于各组分进行均匀的相变，使得组织结构连结更加紧密。
17.优选的，在1400～1600℃烧制11～13h在梭式窑中进行，可使坯体在烧成过程中受热均匀。
18.优选的，所述纯铝酸钙水泥中al2o3的质量分数75～85％，且al2o3能够与水反应生成al-oh键，能够增强材料的强度，纯铝酸钙水泥中al2o3的含量较高且适中，能够使材料的强度和稳定性都有所提高。
19.优选的，本发明的锡槽底砖主要由以下重量份数的原料制成：硅铝熟料60～80份、纯铝酸钙水泥1～5份、高铝细粉6～20份、粘土粉1～4份、硅微粉1～5份、减水剂0.1～0.3份；所述硅铝熟料由粒径不大于1mm的小粒径硅铝熟料、粒径大于1mm且不大于3mm的中等粒径硅铝熟料和粒径大于3mm且不大于5mm的大粒径硅铝熟料组成；所述小粒径硅铝熟料、中等粒径硅铝熟料和大粒径硅铝熟料的质量比为0.6～1.1：0.9～1.2。采用上述颗粒级配的硅铝熟料能够使材料的内部结构更稳定。
20.另外，本发明还提出了一种上述锡槽底砖的制备方法，技术方案如下：
21.一种锡槽底砖制备方法，步骤如下：
22.(1)称取指定份量各原料并加入水搅拌混合混匀；
23.(2)在温度为15～20℃的环境下，通过浇注振动成型获得坯体，然后将坯体放在烘烤窑里，以2℃/小时的升温速度升到150℃，然后保温24h进行烘干；
24.(3)烘干后的坯体分四阶段进行烧制，第一阶段以3℃/小时的升温速度从150℃升到350℃，保温24h；第二阶段以5℃/小时的升温速度从350℃升到600℃，保温24h；第三阶段以10℃/小时的升温速度从600℃升到900℃，保温12h；第四阶段以10℃/小时的升温速度从900℃升到1200～1300℃，保温24h得到烧制品；
25.(4)将烧制品切割打磨成规整形状，打包成品。
26.本发明锡槽底砖的制备方法工艺流程简单，生产成本低，可靠性高，实用性好。
27.优选的，烘干后的坯体在隧道窑中进行烧制。隧道窑内的烧制温度很稳定，可减少能耗，而且还能使锡槽底砖稳定的进行微观结构重组，避免热应力集中。
28.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
29.(1)在本发明中，锡槽底砖以硅铝熟料为主要原料，通过添加纯铝酸钙水泥、高铝细粉、粘土粉、硅溶胶、铝溶胶和减水剂，各原料合理调配、协同作用，减少水泥的使用，增加硅铝溶胶的使用，使锡槽底砖具有较适当的体积密度、较低的显气孔率、较好的高温使用性能；由于减少矿物质的使用，改变了底砖基质的矿物结构，使锡槽底砖具有霞石化降低的特
性、使用寿命延长；同时具有较低的导热系数、保温效果好，减少热损失，能够显著提高热利用效率，实现节能减排的目的。
30.(2)在本发明中，锡槽底砖的纯铝酸钙水泥含量较少，从而可以减少水泥带入较多的cao，在高温烧结过程中可以适当增加莫来石相，使其高温使用性能增强。作为结合剂，少量使用可减少杂质引入，从而使锡槽底砖的各组分高温结合性能更好和避免高温使用过程中玻璃液渗入气孔与其它组分发生反应，产生霞石，腐蚀锡槽底砖，并可减少其表面层脱落。
31.(3)在本发明中，硅溶胶与铝溶胶作为结合剂在制备锡槽底砖时产生的作用是，烧结过程实现铝溶胶中的活性al2o3与硅溶胶和材料中的sio2反应或烧结过程实现硅溶胶中的活性sio2与铝溶胶和材料中的al2o3反应，提高材料的抗震效果和耐高温性；其中含有al-oh键和si-oh键，能够提高材料强度；同时硅溶胶和铝溶胶具有较强的粘结性，可使各组分粘结强度进一步提高。
32.(4)在本发明中，所述硅铝熟料中al2o3的质量分数为48～75％，fe2o3的质量分数不大于0.8％。将硅铝熟料的al2o3和fe2o3控制在上述范围内，能够降低硅铝熟料的体积密度和导热系数，使锡槽底砖更加轻量化、导热系数减小，能提高锡槽底砖的保温性。
33.(5)在本发明中，所述硅溶胶sio2的质量分数为30～35％，颗粒大小在10～20纳米。所述铝溶胶al2o3的质量分数为20～25％，颗粒大小在50～70纳米。将硅溶胶的sio2和铝溶胶的al2o3控制在上述范围内，能够使各原料组成能结合在一起，不会使各原料组成在高温烧结使脱落，使锡槽底砖具有较强的耐蚀性。
34.(6)在本发明中，所述硅铝熟料的体积密度为2.2～2.4g/cm3。将硅铝熟料的体积密度控制在上述范围之内，能够使本锡槽底砖的硅铝熟料相较于其他普通的硅铝熟料流动性更好，同时也使显气孔率在合适的范围内，有利于提高锡槽底砖的耐蚀性，不会使材料在高温及长期使用中发生损坏，延长使用寿命。
35.(7)在本发明中，锡槽底砖坯体的制备方法采用振动浇注成型法，此方法相较于机压法的锡槽底砖的制备方法，排气效果较好，避免锡槽底砖内部发生断裂，增加锡槽底砖的强度；相较于捣打法的制备方法，可以有效解决锡槽底砖内部分层，发生层裂，导致锡槽地砖的组织结构不均匀，减小强度，相较于石膏模浇注法，有效避免坯体硬化和造成坯体断面出现裂纹增加成品率，减小成本。
具体实施方式
36.以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
37.实施例1：
38.本实施例公开了一种锡槽底砖及其制备方法，所述锡槽底砖包括以下重量份数的组分：硅铝熟料70份、纯铝酸钙水泥(主要成分为al2o3，其中al2o3含量为78～85％)5份、高铝细粉(主要成分为al2o3，其中al2o3含量为86～88％)18份、粘土粉(高岭石类)3份、硅微粉(主要成分为sio2，其中sio2含量不低于99％)2份、硅溶胶2份、铝溶胶1份、减水剂0.1份；
39.所采用的不同粒径硅铝熟料的重量份数：粒径为0.1～1mm的硅铝熟料为20份、粒径大于1mm且不大于3mm的硅铝熟料为25份，粒径大于3mm且不大于5mm的硅铝熟料为25份；
40.本实施例的锡槽底砖制备方法，包括以下步骤：
41.(1)取配方量的各原料，加入原料总质量6％的水搅拌混匀；
42.(2)浇注到模具中振动成型，成型之后，脱模，得到坯体；然后将坯体放在烘烤窑里，用150℃温度烘干24h；
43.(3)然后放入隧道窑中1200℃烧制24h；
44.(4)最后进行切割、打磨，包装。
45.本发明还提供了实施例2～5，所述实施例2～5与实施例1的区别在于：(1)各组分的重量份数不同；(2)采用小径、中径和大径3种不同粒径硅铝熟料的重量份数不同；(3)在隧道窑中烧制温度不同；具体参见表1、表2和表3：
46.表1本发明中实施例1～5提供的锡槽底砖各组分的重量份数
47.序号硅铝熟料纯铝酸钙水泥高铝细粉粘土粉硅微粉硅溶胶铝溶胶实施例170份5份18份2份2份2份1份实施例270份2份16份3份3份3份3份实施例370份3份13份4份5份2份3份实施例475份4份11份3份4份1份2份实施例575份2份13份2份3份3份2份
48.表2本发明中实施例1～5采用不同粒径硅铝熟料的重量份数
[0049][0050][0051]
表3锡槽底砖在隧道窑中烧制温度
[0052]
实施例1实施例2实施例3实施例4实施例51200℃1200℃1200℃1250℃1300℃
[0053]
实施例2：
[0054]
本实施例公开了一种锡槽底砖及其制备方法，所述锡槽底砖由以下重量份数的组分组成：硅铝熟料70份、纯铝酸钙水泥2份、高铝细粉16份、粘土粉3份、硅微粉3份、硅溶胶3份、铝溶胶3份、减水剂0.1份；
[0055]
所采用的不同粒径硅铝熟料的重量份数：粒径为0.1～1mm的硅铝熟料为15份、粒径大于1mm且不大于3mm的硅铝熟料为25份，粒径大于3mm且不大于5mm的硅铝熟料为30份；
[0056]
本实施例的锡槽底砖制备方法和实施例1相同，此处不再赘述。
[0057]
实施例3：
[0058]
本实施例公开了一种锡槽底砖及其制备方法，所述锡槽底砖由以下重量份数的组分组成：硅铝熟料70份、纯铝酸钙水泥3份、高铝细粉13份、粘土粉4份、硅微粉5份、硅溶胶2份、铝溶胶3份、减水剂0.1份；
[0059]
所采用的不同粒径硅铝熟料的重量份数：粒径为0.1～1mm的硅铝熟料为20份、粒径大于1mm且不大于3mm的硅铝熟料为20份，粒径大于3mm且不大于5mm的硅铝熟料为30份；
[0060]
本实施例的锡槽底砖制备方法和实施例1相同，此处不再赘述。
[0061]
实施例4：
[0062]
本实施例公开了一种锡槽底砖及其制备方法，所述锡槽底砖由以下重量份数的组分组成：硅铝熟料75份、纯铝酸钙水泥3份、高铝细粉11份、粘土粉3份、硅微粉4份、硅溶胶1份、铝溶胶2份、减水剂0.1份；
[0063]
所采用的不同粒径硅铝熟料的重量份数：粒径为0.1～1mm的硅铝熟料为20份、粒径大于1mm且不大于3mm的硅铝熟料为25份，粒径大于3mm且不大于5mm的硅铝熟料为30份；
[0064]
本实施例中的锡槽底砖制备方法，包括以下步骤：
[0065]
(1)取配方量的各原料，加入原料总质量6％的水搅拌混匀；
[0066]
(2)浇注到模具中振动成型，成型之后，脱模，得到坯体；然后将坯体放在烘烤窑里，用150℃温度烘干24h；
[0067]
(3)然后放入隧道窑中1250℃烧制24h；
[0068]
(4)最后进行切割、打磨，包装。
[0069]
实施例5：
[0070]
本实施例公开了一种锡槽底砖及其制备方法，所述锡槽底砖由以下重量份数的组分组成：硅铝熟料75份、纯铝酸钙水泥2份、高铝细粉13份、粘土粉2份、硅微粉3份、硅溶胶3份、铝溶胶2份、减水剂0.1份；
[0071]
所采用的不同粒径硅铝熟料的重量份数：粒径为0.1～1mm的硅铝熟料为20份、粒径大于1mm且不大于3mm的硅铝熟料为25份，粒径大于3mm且不大于5mm的硅铝熟料为30份；
[0072]
本实施例中的锡槽底砖制备方法，包括以下步骤：
[0073]
(1)取配方量的各原料，加入原料总质量6％的水搅拌混匀；
[0074]
(2)浇注到模具中振动成型，成型之后，脱模，得到坯体；然后将坯体放在烘烤窑里，用150℃温度烘干24h；
[0075]
(3)然后放入隧道窑中1300℃烧制24h；
[0076]
(4)最后进行切割、打磨，包装。
[0077]
对比例1：
[0078]
在实施例1的基础上，提供对比例1，对比例1与实施例1的区别主要在于：硅铝熟料的制备方法不同。
[0079]
对比例1中硅铝熟料的制备方法如下：
[0080]
(1)烧制：以天然的煤矸石块为原料经过1400℃烧制12h后；
[0081]
(2)获得成品：将烧制的坯体粉碎，筛选，则获得硅铝熟料成品。
[0082]
对比例2：
[0083]
在实施例2的基础上，提供对比例2，对比例2与实施例2的区别主要在于：锡槽底砖各组分和不同粒径硅铝熟料的重量份数不同。
[0084]
本对比例的锡槽底砖，由以下重量份数的组分组成：硅铝熟料65份、纯铝酸钙水泥8份、高铝细粉15份、粘土粉3份、硅微粉2份、硅溶胶1份、铝溶胶1份、减水剂0.2份；
[0085]
所采用的不同粒径硅铝熟料的重量份数：粒径为0.1～1mm的硅铝熟料为20份、粒
径大于1mm且不大于3mm的硅铝熟料为20份，粒径大于3mm且不大于5mm的硅铝熟料为25份。
[0086]
对比例3：
[0087]
在实施例3的基础上，提供对比例3，对比例3与实施例3的区别主要在于：锡槽底砖各组分重量份数不同。
[0088]
本对比例的锡槽底砖，由以下重量份数的组分组成：硅铝熟料70份、纯铝酸钙水泥8份、高铝细粉13份、粘土粉4份、硅微粉5份、减水剂0.2份。
[0089]
对比例4：
[0090]
在实施例4的基础上，提供对比例4，对比例4与实施例4的区别主要在于：锡槽底砖各组分重量份数不同。
[0091]
本对比例的锡槽底砖，由以下重量份数的组分组成：硅铝熟料75份、纯铝酸钙水泥4份、高铝细粉11份、粘土粉3份、硅微粉4份、铝溶胶3份，减水剂0.2份。
[0092]
对比例5：
[0093]
在实施例5的基础上，提供对比例5，对比例5与实施例5的区别主要在于：锡槽底砖各组分重量份数不同。
[0094]
本对比例的锡槽底砖，由以下重量份数的组分组成：硅铝熟料75份、纯铝酸钙水泥4份、高铝细粉13份、粘土粉2份、硅微粉3份、硅溶胶2份，减水剂0.2份。
[0095]
分别对实施例1～5与对比例1～5制备的锡槽底砖的耐蚀性能和高温使用性能进行一个检测，检测的结果如表4所示。
[0096]
表4检测结果
[0097][0098][0099]
由表4测试的结果可知，实施例1～5的锡槽底砖相较于对比例的锡槽底砖具有很大的优势，例如导热系数小，具有较好的保温效果，减少工业生产能耗；氢扩散度较低，气孔率较低，具有抗侵蚀能力。
[0100]
具体分析如下：
[0101]
通过实施例1跟对比例1比较分析可知，采用不同原料组分烧制的硅铝熟料对锡槽底砖的性能影响很大，本发明制备的硅铝熟料形成的闭气微孔较多，能够有效防止玻璃液渗入到锡槽底砖，产生霞石，影响锡槽底砖的使用寿命，从而提升锡槽底砖的品质；对比例1采用煤矸石块制备硅铝熟料，形成的开口微孔较多，严重影响锡槽底砖的使用性能。
[0102]
通过实施例2与对比例2比较分析可知，本发明的锡槽底砖减少了纯铝酸钙水泥的使用量，然后增加硅溶胶和铝溶胶含量从而增加各组分的结合度，有效降低显气孔率和氢扩散度，使得锡槽底砖的耐蚀性和高温使用性能大幅提升。
[0103]
通过实施例3与对比例3比较分析可知，本发明的锡槽底砖中添加硅溶胶和铝溶胶从而增加各组分的结合度，有效降低显气孔率和氢扩散度，提升锡槽底砖的耐蚀性和耐高温性。对比例3中未添加硅溶胶和铝溶胶，相比于实施例3，对比例3中的锡槽底砖各方面性能均有降低。
[0104]
通过实施例4与对比例4比较分析可知，单独使用铝溶剂的对比例4与实施例4比较，锡槽底砖的各方面性能均有降低。
[0105]
通过实施例5与对比例5比较分析可知，单独使用硅溶剂的对比例5与实施例5比较，锡槽底砖的各方面性能均有降低。
[0106]
综上所述，不使用或者单独使用硅、铝溶胶其中的一种，增大纯铝酸钙水泥的使用量，会使得锡槽底砖的各项性能都有所降低；本发明的锡槽底砖减少了纯铝酸钙水泥的使用量，然后添加硅溶胶和铝溶胶来增加各组分的结合度，有效降低显气孔率和氢扩散度，使得锡槽底砖的耐蚀性和高温使用性能大幅提升。与此同时，本发明的锡槽底砖在保证线性变化率尽可能小时，底砖的显气孔率与氢扩散度也能够稳定在适当值。综上所述，本发明公开的锡槽底砖具有最佳的综合性能。

技术特征：
1.一种锡槽底砖，其特征在于，由以下重量份数的原料制成：硅铝熟料60～80份、纯铝酸钙水泥1～5份、高铝细粉6～20份、粘土粉2～4份、硅微粉1～5份、硅溶胶1～3份、铝溶胶1～3份、减水剂0.1～0.3份。2.根据权利要求1所述的锡槽底砖，其特征在于，所述硅铝熟料中：al2o3的质量分数为48～50％，fe2o3的质量分数不大于0.8％。3.根据权利要求1所述的锡槽底砖，其特征在于，所述硅溶胶中：sio2的质量分数为29～31％，颗粒大小为10～20纳米。4.根据权利要求1所述的锡槽底砖，其特征在于，所述铝溶胶中：al2o3的质量分数为20～25％，颗粒大小为50～70纳米。5.根据权利要求1所述的锡槽底砖，其特征在于，所述纯铝酸钙水泥中al2o3的质量分数75～85％。6.根据权利要求1所述的锡槽底砖，其特征在于，硅铝熟料的体积密度为2.2～2.4g/cm3。7.根据权利要求1-5任意一项所述的锡槽底砖，其特征在于，所述硅铝熟料由以下步骤制成：(1)将配料搅拌均匀混合，得到均匀混合物料；所述配料包括以下重量份数的材料：高岭土细粉50～70份、粘土细粉15～25份、工业氧化铝细粉14～22份、重量矿化剂1～3份、水7～13份；(2)将均匀混合物料通过挤压成型制作成坯体；(3)将坯体在100～120℃烘干，再在1400～1600℃烧制11～13h；(4)将烧制后的坯体粉碎，筛选，则获得硅铝熟料成品。8.根据权利要求7所述的锡槽底砖，其特征在于，在1400～1600℃烧制11～13h在梭式窑中进行。9.一种如权利要求1所述的锡槽底砖的制备方法，其特征在于，由以下步骤制成：(1)称取指定份量如权利要求1所述的原料并加入原料总质量5～7％的水搅拌混合混匀；(2)在温度为15～20℃的环境下，通过浇注振动成型获得坯体，然后将坯体放在烘烤窑里，以2℃/小时的升温速度从室温升到150℃，然后保温24h进行烘干；(3)烘干后的坯体，在窑炉中烧制温度分四个阶段进行烧制；第一阶段以3℃/小时的升温速度从150℃升到350℃，保温24h；第二阶段以5℃/小时的升温速度从350℃升到600℃，保温24h；第三阶段以10℃/小时的升温速度从600℃升到900℃，保温12h；第四阶段以10℃/小时的升温速度从900℃升到1200～1300℃，保温24h得到烧制品；(4)将烧制品切割打磨成规整形状，打包成品。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：烘干后的坯体在隧道窑中进行烧制。

技术总结
本发明属于耐火材料技术领域，公开了一种锡槽底砖及其制备方法。所述锡槽底砖由以下重量份数的原料制成：硅铝熟料60～80份、纯铝酸钙水泥1～5份、高铝细粉6～20份、粘土粉2～4份、硅微粉1～5份、硅溶胶1～3份、铝溶胶1～3份、减水剂0.1～0.3份。本发明的锡槽底砖主要具有以下优点：较适当的体积密度、较低的显气孔率、较好的高温使用性能(高温时的应变率、膨胀率、热震稳定性)；由于减少矿物质和水泥的使用，改变了底砖的基质结构，使锡槽底砖的霞石化程度降低，延长其使用寿命；同时具有较低的导热系数、保温效果好，减少热损失，能够显著提高热利用效率，减少工业生产能耗，以达到节能减排的目的。减排的目的。


技术研发人员：程本军 冯浩 梁效诚 王鹏睿
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15