专利名称：高晶体结构堇青石－莫来石质窑具、窑炉耐火制品及焙烧工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于窑具、窑炉耐火制品制备技术领域，具体地说，是涉及一种高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品及焙烧工艺。
背景技术：
近年来，全球经济向一体化方向发展，我国经济快速发展，人民生活水平不断提高，对陶瓷类产品的品种和质量的要求越来越高，促进了国内陶瓷、建材、微晶玻璃等行业的蓬勃发展。随着新材质陶瓷的研究开发成功和陶瓷类产品的更新换代，生产厂家在产品的烧结工艺、生产装备方面也不断进行改进，对窑具和窑炉耐火制品提出了更高的要求，传统的粘土质、高铝质、熔融石英石质、氧化硅结合碳化硅质及普通堇青石质窑具和窑炉耐火制品已无法满足使用要求，开发适应高品质陶瓷类产品烧成用的高耐反应性、抗氧化、高强度、低重量、较长使用寿命的高性能窑具和窑炉耐火制品已成为一种发展趋势。高晶体结构堇青石-莫来石质耐火制品具有热震稳定性好、高强度、抗氧化、使用寿命长等优点，并可采用压制、挤出、浇注等多种成型方式制成各种形状的产品，除制作窑具外，还可以用于窑车、窑顶和窑墙，使用后能大幅度降低陶瓷类产品燃料消耗，同时能避免落脏缺陷，提高了产品质量，是研发高性能窑具和窑炉耐火制品的首选项目。
目前，国内有少数科研机构和厂家将高晶体结构堇青石-莫来石质耐火制品生产技术列为主要研究项目进行开发，但因产品配方、原料质量、生产条件、生产工艺、质量控制等方面存在着不足，仍停留在试验阶段，未能找到关键实现大规模生产高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品的突破口。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对上述问题，提供一种热震稳定性好、高强度、抗氧化、使用寿命长的高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉结构耐火制品及工艺简单、成本低、适合大规模生产的焙烧工艺。
本发明的技术原理耐火制品生产中，原料配方将决定材质、材性，且对中试、大规模生产的实施中可能出现的工艺技术问题影响极大；控制基质相生成低熔点的玻璃相，使基质相大部份或完全转化为微晶相，提高制品中堇青石、莫来石的晶体数量，则是提高制品抗剥落性能、高温抗折强度和热震稳定性的关键。基于此，本发明从改进原料配方、产品成型工艺和焙烧工艺入手，结合MgO-Al2O3-SiO2系平衡相图、原料种类及来源、预期生成物的物化性能、生产成本、工艺实用性和创新性等因素，经反复试验，本发明的主要做法是1、根据原料特性及MgO-Al2O3-SiO2系平衡相图选定基础原料堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)是MgO-Al2O3-SiO2系平衡相图中的低熔点相，约1470℃，其热膨胀系数低(在RT-1000℃条件下，α＝1.1～2.6×10-6/℃)；莫来石(3Al2O3·2SiO2)，是连续性固溶体，荷重软化点高(1550℃～1600℃)，热膨胀系数适中；钛酸铝(Al2O3·TiO2)，具有较高的熔点(1860℃±10℃)较低的热膨胀系数(在RT-1000℃条件下，α＜2.0×10-6/℃)，并具有优良的抗热震性ΔTc＞1000℃，可制成优质的耐火材料；红柱石(AL2O3·SiO2)具有高纯度、节能、使用前无须煅烧、容易向莫来石转化等特点。故选取以堇青石、莫来石、钛酸铝、红柱石骨料组成主晶相材料，并在此基础上反复进行试验探索，寻求原料配方的优化和生产工艺的改进；2、确定原料种类及配比堇青石、莫来石原料在自然界中极少原生高纯度，均需人工合成，合成时所用原料不同，在矿物特性上有较大差异。经反复比较，采用烧结堇青石，莫来石合成原料为本发明耐火制品的基础原料，并用天然原料组合堇青石基质相，同时确定了50～80％以堇青石、莫来石、钛酸铝、红柱石骨料组成主晶相材料，配以20～50％的结合复合基质料的配比范围；3、明确烧成温度范围及烧成曲线烧成温度范围及烧成曲线是技术关键，采用优选法进行反复试验，对烧成温度、烧成曲线、添加晶核剂量、制品的矿物相生成率和性能指标等的相互关系进行大量的试验和综合对比分析，寻找它们之间的关系和技术依据，最终找到对基质相微晶化成核处理的最佳温度范围为1200℃～1380℃，摸清了晶核剂种类、晶核剂量及失透温度范围，晶核剂种类选用ZrO2或\和碳酸锂(Li2CO3)，ZrO2一般选用二氧化锆粉末、锆英砂、锆英粉等；4、改进成型工艺在生产工艺方面，除考虑温度、原料组成、颗粒级配、晶核剂量、矿物相生成率、制品性能指标外，还结合压力、真空度、挤压速度等因素进行制订和改进。对过量载重、变形、平整度、微小裂纹等质量问题迅速予以改进，并形成稳定的原料及配方、混料、捆料、成型、干燥、烧成、成品检测等一系列技术工艺制度，奠定了大规模生产的工艺技术基础。
本发明的技术方案是高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品，原料包括50～80重量份的主晶相材料、20～50重量份的结合复合基质料，所选主晶相材料、结合复合基质料的总组份达到100重量份；再加入适量的晶核剂；其中1)、主晶相材料为钛酸铝、堇青石、莫来石、红柱石骨料，其中，钛酸铝骨料占主晶相材料0～20wt％，堇青石骨料占主晶相材料的20～40wt％，莫来石骨料占主晶相材料的20～40wt％，红柱石骨料占主晶相材料的20～35wt％，上述骨料的粒径小于1mm；2)、结合复合基质料为氧化镁质微粉MgO成份含量为28～32％、细度要求通过325目，氧化镁质细粉占结合复合基质料的8～15wt％；三氧化二铝微粉Al2O3成份含量大于99％，粒径小于1μm，三氧化二铝微粉占结合复合基质料的20～45wt％；二氧化硅微粉SiO2成份含量大于95％，粒径小于0.5μm，二氧化硅微粉占结合复合基质料的40～50wt％；调整成份用的由滑石、蛇纹石、镁质粘土、氧化镁质微粉、高岭土、铝矾土、刚玉微粉获得的含MgO、Al2O3、SiO2成份的耐火粉未，所述调整成份用的耐火粉未细度要求通过500目，所述调整成份用的耐火粉未占结合复合基质料的0～20wt％；所述调整成份用的耐火粉未中，MgO成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的8～20wt％，Al2O3成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的30～45wt％，SiO2成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的40～50wt％；3)、晶核剂为ZrO2或\和Li2CO3，其中，ZrO2或Li2CO3占上述所选主晶相材料和结合复合基质料的总量的0.5～4.0wt％；原料经混料、捆料、成型、干燥后，焙烧为成品。
本发明，高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品的焙烧工艺，原料选用包括50～80重量份的主晶相材料、20～50重量份的结合复合基质料，所选主晶相材料、结合复合基质料的总组份达到100重量份；再加入适量的晶核剂；其中1)、主晶相材料为钛酸铝、堇青石、莫来石、红柱石骨料，其中，钛酸铝骨料占主晶相材料0～20wt％，堇青石骨料占主晶相材料的20～40wt％，莫来石骨料占主晶相材料的20～40wt％，红柱石骨料占主晶相材料的20～35wt％，上述骨料的粒径小于1mm；2)、结合复合基质料为氧化镁质微粉MgO成份含量为28～32％、细度要求通过325目，氧化镁质细粉占结合复合基质料的8～15wt％；三氧化二铝微粉Al2O3成份含量大于99％，粒径小于1μm，三氧化二铝微粉占结合复合基质料的20～45wt％；二氧化硅微粉SiO2成份含量大于95％，粒径小于0.5μm，二氧化硅微粉占结合复合基质料的40～50wt％；调整成份用的由滑石、蛇纹石、镁质粘土、氧化镁质微粉、高岭土、铝矾土、刚玉微粉获得的含MgO、Al2O3、SiO2成份的耐火粉未，所述调整成份用的耐火粉未细度要求通过500目，所述调整成份用的耐火粉未占结合复合基质料的0～20wt％；所述调整成份用的耐火粉未中，MgO成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的8～20wt％，Al2O3成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的30～45wt％，SiO2成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的40～50wt％；3)、晶核剂为ZrO2或\和Li2CO3，其中，ZrO2或Li2CO3占上述所选主晶相材料和结合复合基质料的总量的0.5～4.0wt％。
原料经混料、捆料、成型、干燥后，在烧成过程中，分二段高温恒温进行微晶化成核强化处理1)、升温至第一段高温恒温，在第一段高温恒温1050～1150℃的温度，常压下烧结10～15小时；2)、再升温至第二段高温恒温，在第二段高温恒温1200～1380℃的温度，常压下烧结15～20小时。
本发明与现有技术相比，其有益效果及创新点主要体现在1、原料配比以50～80％以钛酸铝、堇青石、莫来石、红柱石骨料为主晶相材料，配以20～50％的结合复合基质，同时加入晶核剂，达到扩大耐火制品的烧成范围以进行高温强化处理的目的，传统耐火制品烧结的温度区约为30℃，而本发明因加入晶核剂，扩大耐火制品的烧成范围，烧结的温度区达到280℃左右；2、烧结工艺的关键是在1200℃～1380℃高温对制品进行微晶化成核强化处理，通过控制基质相生成低熔点的玻璃相，并进一步使基质相的大部份或完全转化为微晶体；制品经强化处理后呈高晶体结构，抗剥落性能、高温抗折强度和热震稳定性能优异；3、技术核心是微晶化成核强化处理(1200℃～1380℃之间进行)的烧成曲线分为二段高温恒温进行，不仅使制品在烧结过程中晶核形成早，晶核骨架增加，收缩率减少，而且进一步晶化后，耐火制品中堇青石、莫来石的晶体数量大大增加，达到提高制品的抗剥落性能、高温抗折强度、热稳定性的目的；4、成型工艺采用特殊的压制、挤压和浇注成型工艺生产堇青石-莫来石质耐火制品，工艺简单，成本低，适合大规模生产。
本发明的耐火制品，具有热震稳定性好、高强度、抗氧化、使用寿命长的优点；本发明的工艺，具有工艺简单、成本低、适合大规模生产的优点，适用于耐火板、中空板和窑炉耐火制品制备。
下面实施例结合附图对本发明做进一步的说明。
图1是本发明的实施例2的烧成温度曲线图。
具体实施例方式
实施例1一种高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品，原料包括50～80重量份的主晶相材料、20～50重量份的结合复合基质料，所选主晶相材料、结合复合基质料的总组份达到100重量份；再加入适量的晶核剂；其中1)、主晶相材料为钛酸铝、堇青石、莫来石、红柱石骨料，其中，钛酸铝骨料占主晶相材料0～20wt％，堇青石骨料占主晶相材料的20～40wt％，莫来石骨料占主晶相材料的20～40wt％，红柱石骨料占主晶相材料的20～35wt％，上述骨料的粒径小于1mm；2)、结合复合基质料为氧化镁质微粉MgO成份含量为28～32％、细度要求通过325目，氧化镁质细粉占结合复合基质料的8～15wt％；三氧化二铝微粉Al2O3成份含量大于99％，粒径小于1μm，三氧化二铝微粉占结合复合基质料的20～45wt％；二氧化硅微粉SiO2成份含量大于95％，粒径小于0.5μm，二氧化硅微粉占结合复合基质料的40～50wt％；调整成份用的由滑石、蛇纹石、镁质粘土、氧化镁质微粉、高岭土、铝矾土、刚玉微粉获得的含MgO、Al2O3、SiO2成份的耐火粉未，所述调整成份用的耐火粉未细度要求通过500目，所述调整成份用的耐火粉未占结合复合基质料的0～20wt％；所述调整成份用的耐火粉未中，MgO成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的8～20wt％，Al2O3成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的30～45wt％，SiO2成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的40～50wt％；3)、晶核剂为ZrO2和Li2CO3，其中，ZrO2、Li2CO3各占上述所选主晶相材料和结合复合基质料的总量的0.5～4.0wt％；原料经混料、捆料、成型、干燥后，焙烧为成品。
本实施例1的产品主要技术参数、特点和用途1)、主要技术参数产品按荷重软化温度的不同分为CMA、CMB、CMC、CMD、CME等牌号。CMA中，C表示堇青石(cordierite)；M表示莫来石(mullite)；A、B、C、D、E表示不同的荷重软化温度。各产品的主要物理性能指标如下表
2)、产品特点及用途本发明的主要产品包括堇青石-莫来石质耐火板、中空板和窑炉耐火制品，其主要特点是抗剥落性能、高温抗折强度和热震稳定性能优异，经济性和实用性统一。产品的用途如下①、堇青石-莫来石质耐火板主要用于细瓷、骨灰瓷、半瓷、精陶、紫砂、砂锅煲、轻质瓷、彩釉马赛克、广场砖、卫生洁具(小型)、微晶玻璃(小型晶化处理)、艺术装饰玻璃(表面形状处理)等产品在隧道窑、辊道窑和梭式窑的烧成；②、堇青石-莫来石质中空板主要用于卫生洁具和微晶玻璃装饰板、日用陶瓷等制品的烧成。中空板适用于陶瓷器具产品的快速烧成，具有重量比实心板减轻一半并节能、板面承重量增加、高温下不易变型、使用寿命更长的优点；③、堇青石-莫来石质窑炉耐火制品产品主要替代传统烧成陶瓷器具窑炉、窑车吊顶砖、墙砖窑体砖等用材，并彻底改变传统窑炉设计的理念和用材方法，主要特点是能有效地防止掉渣、剥落引起的瓷具质量问题，而且节能。
实施例2一种高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品的焙烧工艺，原料选用包括50～80重量份的主晶相材料、20～50重量份的结合复合基质料，所选主晶相材料、结合复合基质料的总组份达到100重量份；再加入适量的晶核剂；其中1)、主晶相材料为钛酸铝、堇青石、莫来石、红柱石骨料，其中，钛酸铝骨料占主晶相材料0～20wt％，堇青石骨料占主晶相材料的20～40wt％，莫来石骨料占主晶相材料的20～40wt％，红柱石骨料占主晶相材料的20～35wt％，上述骨料的粒径小于1mm；2)、结合复合基质料为氧化镁质微粉MgO成份含量为28～32％、细度要求通过325目，氧化镁质细粉占结合复合基质料的8～15wt％；三氧化二铝微粉Al2O3成份含量大于99％，粒径小于1μm，三氧化二铝微粉占结合复合基质料的20～45wt％；二氧化硅微粉SiO2成份含量大于95％，粒径小于0.5μm，二氧化硅微粉占结合复合基质料的40～50wt％；调整成份用的由滑石、蛇纹石、镁质粘土、氧化镁质微粉、高岭土、铝矾土、刚玉微粉获得的含MgO、Al2O3、SiO2成份的耐火粉未，所述调整成份用的耐火粉未细度要求通过500目，所述调整成份用的耐火粉未占结合复合基质料的0～20wt％；所述调整成份用的耐火粉未中，MgO成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的8～20wt％，Al2O3成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的30～45wt％，SiO2成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的40～50wt％；3)、晶核剂为ZrO2和Li2CO3，其中，ZrO2、Li2CO3各占上述所选主晶相材料和结合复合基质料的总量的0.5～4.0wt％。
原料经混料、捆料、成型、干燥后，参照图1，在烧成过程中，分二段高温恒温进行微晶化成核强化处理1)、升温至第一段高温恒温，在第一段高温恒温1050～1150℃的温度，常压下烧结10～15小时；2)、再升温至第二段高温恒温，在第二段高温恒温1200～1380℃的温度，常压下烧结15～20小时。
本实施例2的主要生产设备和工艺流程1)、主要生产设备包括磨粉机、双轴搅拌机、真空练泥机、真粉泵、圆盘筛式给料机、三轴真空挤出机、自动切坯机、高温梭式窑、刮平定厚机、抛光磨边线及倒角、5T球磨机、2500T自动压机、除尘设备、检测设备、配电设施、干燥车、冷加工切割机械、压滤机、柱塞泵、10T慢速存浆机等；2)、生产工艺流程包括压制、挤出、浇注等生产工艺流程等。
权利要求
1.一种高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品，原料包括50～80重量份的主晶相材料、20～50重量份的结合复合基质料，所选主晶相材料、结合复合基质料的总组份达到100重量份；再加入适量的晶核剂；其中1)、主晶相材料为钛酸铝、堇青石、莫来石、红柱石骨料，其中，钛酸铝骨料占主晶相材料0～20wt％，堇青石骨料占主晶相材料的20～40wt％，莫来石骨料占主晶相材料的20～40wt％，红柱石骨料占主晶相材料的20～35wt％，上述骨料的粒径小于1mm；2)、结合复合基质料为氧化镁质微粉MgO成份含量为28～32％、细度要求通过325目，氧化镁质细粉占结合复合基质料的8～15wt％；三氧化二铝微粉Al2O3成份含量大于99％，粒径小于1μm，三氧化二铝微粉占结合复合基质料的20～45wt％；二氧化硅微粉SiO2成份含量大于95％，粒径小于0.5μm，二氧化硅微粉占结合复合基质料的40～50wt％；调整成份用的由滑石、蛇纹石、镁质粘土、氧化镁质微粉、高岭土、铝矾土、刚玉微粉获得的含MgO、Al2O3、SiO2成份的耐火粉未，所述调整成份用的耐火粉未细度要求通过500目，所述调整成份用的耐火粉未占结合复合基质料的0～20wt％；所述调整成份用的耐火粉未中，MgO成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的8～20wt％，Al2O3成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的30～45wt％，SiO2成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的40～50wt％；3)、晶核剂为ZrO2或\和Li2CO3，其中，ZrO2或Li2CO3占上述所选主晶相材料和结合复合基质料的总量的0.5～4.0wt％；原料经混料、捆料、成型、干燥后，焙烧为成品。
2.一种高晶体结构堇青石-莫来石质窑具、窑炉耐火制品的焙烧工艺，原料选用包括50～80重量份的主晶相材料、20～50重量份的结合复合基质料，所选主晶相材料、结合复合基质料的总组份达到100重量份；再加入适量的晶核剂；其中1)、主晶相材料为钛酸铝、堇青石、莫来石、红柱石骨料，其中，钛酸铝骨料占主晶相材料0～20wt％，堇青石骨料占主晶相材料的20～40wt％，莫来石骨料占主晶相材料的20～40wt％，红柱石骨料占主晶相材料的20～35wt％，上述骨料的粒径小于1mm；2)、结合复合基质料为氧化镁质微粉MgO成份含量为28～32％、细度要求通过325目，氧化镁质细粉占结合复合基质料的8～15wt％；三氧化二铝微粉Al2O3成份含量大于99％，粒径小于1μm，三氧化二铝微粉占结合复合基质料的20～45wt％；二氧化硅微粉SiO2成份含量大于95％，粒径小于0.5μm，二氧化硅微粉占结合复合基质料的40～50wt％；调整成份用的由滑石、蛇纹石、镁质粘土、氧化镁质微粉、高岭土、铝矾土、刚玉微粉获得的含MgO、Al2O3、SiO2成份的耐火粉未，所述调整成份用的耐火粉未细度要求通过500目，所述调整成份用的耐火粉未占结合复合基质料的0～20wt％；所述调整成份用的耐火粉未中，MgO成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的8～20wt％，Al2O3成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的30～45wt％，SiO2成份占所述调整成份用的耐火粉未总组份的40～50wt％；3)、晶核剂为ZrO2或\和Li2CO3，其中，ZrO2或Li2CO3占上述所选主晶相材料和结合复合基质料的总量的0.5～4.0wt％。原料经混料、捆料、成型、干燥后，在烧成过程中，分二段高温恒温进行微晶化成核强化处理1)、升温至第一段高温恒温，在第一段高温恒温1050～1150℃的温度，常压下烧结10～15小时；2)、再升温至第二段高温恒温，在第二段高温恒温1200～1380℃的温度，常压下烧结15～20小时。
全文摘要
本发明涉及一种高晶体结构堇青石－莫来石质窑具、窑炉耐火制品及焙烧工艺，原料包括50～80重量份的主晶相材料、20～50重量份的结合复合基质料，所选主晶相材料、结合复合基质料的总组份达到100重量份；再加入适量的晶核剂；其焙烧工艺，分二段高温恒温进行微晶化成核强化处理首先升温至第一段高温恒温1050～ 1150℃的温度，常压下烧结10～15小时；再升温至第二段高温恒温1200～1380℃的温度，常压下烧结15～20小时。本发明的耐火制品，具有热震稳定性好、高强度、抗氧化、使用寿命长的优点；本发明的工艺，具有工艺简单、成本低、适合大规模生产的优点，适用于耐火板、中空板和窑炉耐火制品制备。
文档编号C04B35/01GK1785909SQ20051010194
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者陈文杨 申请人:陈文杨