一种应用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖及其制备方法与流程

本发明涉及玻璃窑炉蓄热室应用领域，具体涉及一种应用于玻璃窑炉蓄热室熔铸成型筒型陶瓷砖及其制备方法。

背景技术：

目前玻璃窑炉蓄热式窑炉是玻璃熔窑的主要供热换热方式，目前除电熔窑及直燃窑炉外，玻璃窑炉都是通过蓄热室将助燃空气预热，与燃料进行燃烧。其工作原理是热烟气经过蓄热室时将其内的蓄热体加热，当换向后，空气进入蓄热室，蓄热体再将热量传递给空气，空气温度升高，蓄热体温度降低，完成换热过程。在这个过程，蓄热体不但要承受着温度变化的热应力载荷，还要承受着烟气的化学侵蚀，因此对蓄热体的材料性能要求很高。除玻璃窑炉外，部分冶金窑炉也是蓄热式的。

目前玻璃窑炉蓄热室蓄热体主要有：条形砖格子体、十字型格子砖、筒型砖。目前玻璃窑炉蓄热室蓄热体材质主要有：烧结镁砖、烧结镁铬砖、烧结镁锆砖、烧结铬刚玉砖、烧结刚玉莫来石砖、熔铸氧化铝，前四类属于碱性材料，后四类属于中性偏酸性材料。

蓄热室格子体的损毁机理基本上是三个方面的作用：侵蚀介质的物理—化学反应、温度变化的热震冲击和气氛变化引起的体积效应，这三个方面的作用都来自于熔窑烟气和其携带的配料粉尘。

对于以石油焦为燃料的熔窑来说，石油焦带来的杂质给耐火材料带来了严重的影响。高温区v2o5是侵蚀要素，而冷凝区so3是侵蚀要素。v2o5与镁砖中的cao反应生成3cao·v2o5，一方面使镁砖中的cao/sio2比值发生变化，改变结合相组成；另一方面液态3cao·v2o5还会侵入砖体内部，促使方镁石再结晶长大，使砖体龟裂粉化；此外，v2o5在高温条件下还会起催化作用，使烟气中的so2氧化成so3，与方镁石反应生成mgso4，引起砖体膨胀、破裂和剥落。而na2so4或so3的侵蚀作用主要表现在：1.na2so4或so3的蒸汽在1050℃以上主要是与mgo和结合相c2s反应生成mgso4和caso4，产生较大的体积膨胀而使砖体结构破坏；2.当气态na2so4进入砖体的开口气孔后，随着蓄热室内温度周期性变化，会产生凝固—融化—再分解气化的循环过程，伴随着体积效应使格子砖损毁，同时与耐火材料发生反应生成硫酸盐，从而使砖体结构损毁。

上述侵蚀的结果大大降低了格子体的预期使用寿命，特别是顶层格子体损毁速度，导致碱性格子体的使用寿命降至2～3年，热修和更换格子体会付出很高的代价。同时，对于目前窑龄已达8～10年的情况下，格子体也成为一个短板，给玻璃制品制造企业造成巨大的成本困难。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种应用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖及其制备方法，以便满足整体高效率生产功能的需要。

本发明的目的是这样实现的：

一种应用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖，包括以下组分重量百分比计的原料：三氧化二铝1%~89.5%、二氧化硅0.5~35%、二氧化锆5~94.5%、三氧化二钇0.5~5%、氧化铈0.5~3%和微量组分0.5~2%。

所述微量组分包括氧化钠、三氧化二铁和氧化钛，氧化钠、三氧化二铁和氧化钛重量之和为总重量的0.5~2%。

一种用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a.物料混合：取一定量的三氧化二铝、二氧化硅、二氧化锆、三氧化二、氧化铈、氧化钠、三氧化二铁和氧化钛放入物料混合设备，将上述的物料均匀混合得到混合物料；b.将步骤a中混合物料熔融并浇筑成型：首先将步骤a中的混合物料置入水冷式电极加热炉或中频、高频感应炉，将混合物料加热至2500-2800℃，待混合物料全部熔融成为混合液体时；同时，采用连铸侧浇法工艺将得到的混合液体倒入膜壳中并冷却，得到陶瓷砖材产品；c.步骤b中膜壳的制作：膜壳采用石英砂材质成型，膜壳的主浇道是垂直布置，膜壳的分支浇道是横向布置，将步骤b中混合液体倒入膜壳后浇筑成型，冷却后得到陶瓷砖材产品；d.脱模得到成型后的陶瓷砖：将步骤c的产品进行膜壳的剥离后，得到冷却后的陶瓷砖成品。

步骤a中混合时间为12-24小时，将步骤a中的原料混合均匀得到混合物料。

本发明的有益效果是：本发明通过采用二氧化锆、三氧化二钇、氧化铝、氧化铈和二氧化硅等稀土氧化物，同时熔铸成型筒型陶瓷砖成型时采用连铸侧浇法工艺，控制熔化温度在合理的区间等工艺技术，达到熔铸筒型砖的蓄热能力增强、寿命长、热震性良好、抗酸碱侵蚀性能提升、玻璃窑炉蓄热室能耗降低的综合性优点。本发明的陶瓷材料与传统材料相比，使用温度更高，安全使用温度1800度以下，与传统材料相比使用温度更高，使用寿命更长，使用成本更低，避免传统材料长期连续式生产时出现的高温下侵蚀、破裂等问题造成的生产中断和成本居高问题。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作以下说明：

实施例1：

一种应用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖，包括以下组分重量百分比计的原料：三氧化二铝1%、二氧化硅0.5%、二氧化锆94.5%、三氧化二钇3%、氧化铈0.5%和微量组分0.5%。所述微量组分包括氧化钠、三氧化二铁和氧化钛，氧化钠、三氧化二铁和氧化钛重量之和为总重量的0.5%，所述二氧化锆采用二氧化锆纯度为60%-98%的锆英砂、粉或单斜锆空心球，d50粒度在0.1-8毫米范围；三氧化二钇采用纯度不低于98%的且d50粒度在0.1-8毫米范围的三氧化二钇粉体或三氧化二钇颗粒；三氧化二铝粉采用纯度不低于98%的且d50粒度在1um-20um范围的三氧化二铝粉体；氧化铈选用的是氧化铈的纯度不低于98%的且d50粒度在1um-20um范围的氧化铈粉体。

一种用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：a.物料混合：三氧化二铝1%、二氧化硅0.5%、二氧化锆94.5%、三氧化二钇3%、氧化铈0.5%和微量组分0.5%放入物料混合设备，混合时间为12-24小时，所述微量组分包括氧化钠、三氧化二铁和氧化钛，氧化钠、三氧化二铁和氧化钛重量之和为总重量的0.5%，将上述的物料均匀混合得到混合物料；b.将步骤a中混合物料熔融并浇筑成型：首先将步骤a中的混合物料置入水冷式电极加热炉或中频、高频感应炉，将混合物料加热至2500-2800℃，待混合物料全部熔融成为混合液体时，混合物料组分中的氧化铈、三氧化二钇使氧化锆部分单斜晶相转化成四方晶相，降低氧化锆的体积变化率，提高产品的热稳定性，同时，采用连铸侧浇法工艺将得到的混合液体倒入膜壳中并通过不低于48小时的自然降温冷却，得到陶瓷砖材产品，采用连铸侧浇法工艺，使炉体倾动一次，可以实现多块陶瓷砖材的浇铸，生产效率高，炉体倾动一次最多浇筑的产品数量可以根据膜壳的设计而确定，最高可每次浇铸1-1000块产品；c.步骤b中膜壳的制作：膜壳采用石英砂材质成型，膜壳的主浇道是垂直布置，膜壳的分支浇道是横向布置，将步骤b中混合液体倒入膜壳后浇筑成型，冷却后得到陶瓷砖材产品；膜壳在接收混合液体时，初期受热并蓄热后在陶瓷砖冷却后期向陶瓷砖材补热，从而得到对陶瓷砖的保温功能，延缓温度的下降，使浇铸时溶液温度2500-2800℃进入膜壳后，温度呈自然保温递减方式进行冷却，冷却时间为24-48小时，促使晶粒充分融合发育促进成品率和致密度的提升，减小陶瓷砖的热应力集中造成的易开裂问题，较好的解决了浇铸铸件温度场分布不均衡的问题，产品出现裂纹的概率大大降低；d.脱模得到成型后的陶瓷砖：将步骤c的产品进行膜壳的剥离后，得到冷却后的陶瓷砖成品。

产品的组分含量和性能参数的实验数据如表1所示：

表1

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实施例2：

一种应用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖，包括以下组分重量百分比计的原料：三氧化二铝89.5%、二氧化硅0.5%、二氧化锆5%、三氧化二钇3%、氧化铈1.5%和微量组分0.5%。所述微量组分包括氧化钠、三氧化二铁和氧化钛，氧化钠、三氧化二铁和氧化钛重量之和为总重量的0.5%，所述二氧化锆采用二氧化锆纯度为60%-98%的锆英砂、粉或单斜锆空心球，d50粒度在0.1-8毫米范围；三氧化二钇采用纯度不低于98%的且d50粒度在0.1-8毫米范围的三氧化二钇粉体或三氧化二钇颗粒；三氧化二铝粉采用纯度不低于98%的且d50粒度在1um-20um范围的三氧化二铝粉体；氧化铈选用的是氧化铈的纯度不低于98%的且d50粒度在1um-20um范围的氧化铈粉体。

一种用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：a.物料混合：三氧化二铝89.5%、二氧化硅0.5%、二氧化锆5%、三氧化二钇3%、氧化铈1.5%和微量组分0.5%放入物料混合设备，混合时间为12-24小时，所述微量组分包括氧化钠、三氧化二铁和氧化钛，氧化钠、三氧化二铁和氧化钛重量之和为总重量的0.5%，将上述的物料均匀混合得到混合物料；b.将步骤a中混合物料熔融并浇筑成型：首先将步骤a中的混合物料置入水冷式电极加热炉或中频、高频感应炉，将混合物料加热至2500-2800℃，待混合物料全部熔融成为混合液体时，混合物料组分中的氧化铈、三氧化二钇使氧化锆部分单斜晶相转化成四方晶相，降低氧化锆的体积变化率，提高产品的热稳定性，同时，采用连铸侧浇法工艺将得到的混合液体倒入膜壳中并通过不低于48小时的自然降温冷却，得到陶瓷砖材产品，采用连铸侧浇法工艺，使炉体倾动一次，可以实现多块陶瓷砖材的浇铸，生产效率高，炉体倾动一次最多浇筑的产品数量可以根据膜壳的设计而确定，最高可每次浇铸1-1000块产品；c.步骤b中膜壳的制作：膜壳采用石英砂材质成型，膜壳的主浇道是垂直布置，膜壳的分支浇道是横向布置，将步骤b中混合液体倒入膜壳后浇筑成型，冷却后得到陶瓷砖材产品；膜壳在接收混合液体时，初期受热并蓄热后在陶瓷砖冷却后期向陶瓷砖材补热，从而得到对陶瓷砖的保温功能，延缓温度的下降，使浇铸时溶液温度2500-2800℃进入膜壳后，温度呈自然保温递减方式进行冷却，冷却时间为24-48小时，促使晶粒充分融合发育促进成品率和致密度的提升，减小陶瓷砖的热应力集中造成的易开裂问题，较好的解决了浇铸铸件温度场分布不均衡的问题，产品出现裂纹的概率大大降低；d.脱模得到成型后的陶瓷砖：将步骤c的产品进行膜壳的剥离后，得到冷却后的陶瓷砖成品。

产品的组分含量和性能参数的实验数据如表2所示：

表2

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实施例3：

一种应用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖，包括以下组分重量百分比计的原料：三氧化二铝51.5%、二氧化硅15%、二氧化锆28%、三氧化二钇3%、氧化铈0.5%和微量组分2%。所述微量组分包括氧化钠、三氧化二铁和氧化钛，氧化钠、三氧化二铁和氧化钛重量之和为总重量的2%，所述二氧化锆采用二氧化锆纯度为60%-98%的锆英砂、粉或单斜锆空心球，d50粒度在0.1-8毫米范围；三氧化二钇采用纯度不低于98%的且d50粒度在0.1-8毫米范围的三氧化二钇粉体或三氧化二钇颗粒；三氧化二铝粉采用纯度不低于98%的且d50粒度在1um-20um范围的三氧化二铝粉体；氧化铈选用的是氧化铈的纯度不低于98%的且d50粒度在1um-20um范围的氧化铈粉体。

一种用于玻璃窑炉蓄热室的熔铸成型筒型陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：a.物料混合：三氧化二铝51.5%、二氧化硅15%、二氧化锆28%、三氧化二钇3%、氧化铈0.5%和微量组分0.5%放入物料混合设备，混合时间为12-24小时，所述微量组分包括氧化钠、三氧化二铁和氧化钛，氧化钠、三氧化二铁和氧化钛重量之和为总重量的2%，将上述的物料均匀混合得到混合物料；b.将步骤a中混合物料熔融并浇筑成型：首先将步骤a中的混合物料置入水冷式电极加热炉或中频、高频感应炉，将混合物料加热至2500-2800℃，待混合物料全部熔融成为混合液体时，混合物料组分中的氧化铈、三氧化二钇使氧化锆部分单斜晶相转化成四方晶相，降低氧化锆的体积变化率，提高产品的热稳定性，同时，采用连铸侧浇法工艺将得到的混合液体倒入膜壳中并通过不低于48小时的自然降温冷却，得到陶瓷砖材产品，采用连铸侧浇法工艺，使炉体倾动一次，可以实现多块陶瓷砖材的浇铸，生产效率高，炉体倾动一次最多浇筑的产品数量可以根据膜壳的设计而确定，最高可每次浇铸1-1000块产品；c.步骤b中膜壳的制作：膜壳采用石英砂材质成型，膜壳的主浇道是垂直布置，膜壳的分支浇道是横向布置，将步骤b中混合液体倒入膜壳后浇筑成型，冷却后得到陶瓷砖材产品；膜壳在接收混合液体时，初期受热并蓄热后在陶瓷砖冷却后期向陶瓷砖材补热，从而得到对陶瓷砖的保温功能，延缓温度的下降，使浇铸时溶液温度2500-2800℃进入膜壳后，温度呈自然保温递减方式进行冷却，冷却时间为24-48小时，促使晶粒充分融合发育促进成品率和致密度的提升，减小陶瓷砖的热应力集中造成的易开裂问题，较好的解决了浇铸铸件温度场分布不均衡的问题，产品出现裂纹的概率大大降低；d.脱模得到成型后的陶瓷砖：将步骤c的产品进行膜壳的剥离后，得到冷却后的陶瓷砖成品。

产品的组分含量和性能参数的实验数据如表3所示：

表3

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本发明通过采用二氧化锆、三氧化二钇、氧化铝、氧化铈和二氧化硅等稀土氧化物，同时熔铸成型筒型陶瓷砖成型时采用连铸侧浇法工艺，控制熔化温度在合理的区间等工艺技术，达到熔铸筒型砖的蓄热能力增强、寿命长、热震性良好、抗酸碱侵蚀性能提升、玻璃窑炉蓄热室能耗降低的综合性优点。本发明的陶瓷材料与传统材料相比，使用温度更高，安全使用温度1800度以下，与传统材料相比使用温度更高，使用寿命更长，使用成本更低，避免传统材料长期连续式生产时出现的高温下侵蚀、破裂等问题造成的生产中断和成本居高问题。

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