专利名称：一种微晶材料重质型轨枕的生产方法
技术领域：
本发明中微晶材料重质型轨枕是一种硅酸盐制品，属于硅酸盐行业产品，特别是涉及一种微晶材料重质型轨枕的生产方法。
背景技术：
1、轨枕现状
轨枕是承载物体，是用于铁路、专用轨道走行设备铺设和承载设备铺垫的材料。其功能承受来自钢轨的各向压力，并弹性地传布于道床，有效地保持轨道的几何形位，特别是轨距和方向。对轨枕的要求具有必要的坚固性、弹性和耐久性，并能便于固定钢轨，具有抵抗纵向和横向位移的能力。轨枕分类木制枕木、钢筋混凝土枕木、钢制枕木、复合材料枕木。木枕由木材制成的轨枕。又称枕木，防腐木枕，也叫注油枕木。制作木枕须选用坚韧而富有弹性的木材。木枕按用途可分为普通木枕、岔枕、桥枕。普通木枕标准长度为2 .5 m，其断面形状分为I、II两类，用于不同等级的线路上。木枕具有弹性好、易于加工、使用方便等优点。自有铁路以来，木枕就是轨枕的主要类型。木枕优点易加工、运输、铺设、养护维修，弹性好，可缓冲列车的动力冲击作用，与钢轨联结较简单，良好的绝缘性；缺点消耗大量优质木材，价格较高，易腐蚀、磨损，使用寿命短，强度、弹性不均，钢筋混凝土轨枕，使用寿命长，稳定性高，养护工作量小，损伤率和报废率比木枕要低得多。在无缝线路上，钢筋混凝土轨枕比木枕的稳定性平均提高15 20%，因此，尤其适用于高速客运线。如日本的新干线、俄罗斯的高速干线都铺设它。当然，钢筋混凝土轨枕也有缺点，尤其是重量比木枕大得多。比如，英国的钢筋混凝土轨枕每根重达285公斤，美国的重达280公斤，德国的较轻也有230公斤。混凝土枕优点纵、横向阻力较大，刚度大，轨底挠度较平顺，动力坡度小，高弹性垫层保证轨道弹性均勻，使用寿命长，降低养修费用，节约木材；缺点不平顺处，轨道附加动力增大，对轨下部件的弹性要求更高。目前，使用木枕最多的美国正在试用一种塑料轨枕。这种采用回收的聚乙烯制造的塑料轨枕的耐腐蚀性高于木枕三倍以上，而且在加工时更容易使其表面变“毛”，安装在路基上不会滑动，再就是安装方便，可以直接使用与木枕相同的设备和紧固件。当然，塑料轨枕目前的成本要大于木枕，一旦成本降下来，将会迅速推而广之。
2、黄河泥沙的现况
黄河孕育了中华文明，被喻为中华民族的母亲河，黄河是世界上含沙量最大的河流，素有“斗水七沙”之称，但是一直以来，黄河泥沙泛滥，成为了最主要的灾害之一，由于水少沙多，径流年内多集中于汛期，泥沙大量淤积，河道年均升高10厘米左右，河床高于背河地面 4-6米，设计洪水位高出背河地面8-10米，“地上悬河”形势严峻。在山东河南等下游地区多沙河流中下游地区泥沙的淤积降低了江河的泄洪能力，需不断加高加固防洪提，大大增加了防洪工程的费用。如果将进入黄河下游的泥沙堆积成1米见方的大提，可绕赤道27圈， 即使只使用淤积在河床的泥沙，也可绕赤道近7圈。由此可见，黄河泥沙危害严重，但资源也非常丰富，资源量巨大，可以说是取之不尽。因此黄河泥沙的综合开发利用既节约了其它相关资源，又处理了黄河泥沙、改善了居住环境，有利于建设资源节约型社会，并在一定程度上缓解黄河水少沙多的局面，具有较大的社会效益、环境效益和经济效益。、微晶材料
微晶材料又称玻璃陶瓷。它是由某些特定配方组成的各种硅酸盐原料(包括矿产原料、矿渣废渣原料、化工原料、晶核剂、添加剂、澄清剂等等)，通过特定的温度制度或(和) 光照(称光敏)处理受控微晶化而形成的具有特定优异性能的微晶相和残余硅酸盐相组成的多相固体材料。其质地可以是致密、无孔、耐磨等，也可以是疏松、多孔、抗压耐腐等。特定配方组成的各种硅酸盐原料加入一定量的晶核剂(有时也不加)，再经加热(称热敏)或(和) 光照(称光敏)处理，使特定组成的硅酸盐熔融体内均勻地析出大量细小的微晶体，而制成的透明或不透明固体结构材料。晶体尺寸一般小于0.1 μ m,晶体含量可达30% 80% (体积)。这类微晶材料的机械强度、化学稳定性、电性能均优于传统的普通玻璃、陶瓷，而生产工艺和使用原料却与传统的普通玻璃、陶瓷相似，还可大量利用工业废料、废渣、矿渣等。 微晶材料在某种程度可以说是优化组合了传统玻璃、传统陶瓷及天然石材的诸多优点，一般的微晶材料其理化性能均优于天然石材和传统的玻璃、陶瓷，可用于建筑幕墙及室内各档次装修装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热器皿面板、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等，微晶材料是21世纪极具有发展前景的新型材料和极具市场潜力的一种新兴高科技新型无机非金属材料。我国现有众多大中城市正在或计划建设城市地铁和轻轨，轨道交通建设正显现出高速稳定发展的态势，蓬勃发展的铁路及城轨建设孕育了庞大的市场，新型材料轨枕逐步成为世界各国铁路轨道技术的发展方向和共同关注的焦点。 微晶材料重质型轨枕的生产方法采用清洁的生产技术，利用资源丰富的黄河泥沙作为主要原料，生产过程中不产生污染物，烧成温度低，能耗低，生产效率高，变废为宝，节省自然资源，微晶材料重质型轨枕将会以其独特优越理化性能和“安全、健康、卫生”的生态环保理念会被广泛应用于人们日常生活中各个方面。
发明内容
本发明一种微晶材料重质型轨枕的生产方法的目的，就是针对上述问题提供一种利用黄河泥沙生产微晶材料重质型轨枕的生产方法，利用黄河泥沙为主要原料，利用Al2O3 -CaO - SiO2晶相图，按照特定的配方，把几种原料称量混合，搅拌均勻后连续均勻地投入熔化窑炉中，从熔化窑炉出料口流出玻璃液料柱直接用冷水水淬成颗粒熔块料，利用烘干线烘干颗粒熔块料后，用粉碎设备进行粉碎成6 120目备用料，利用简易的压制设备在模具中压制成型，连同模具一同放入晶化窑炉中按一定的温度制度进行快速微晶化热处理，出来脱模后的产品即为微晶材料重质型轨枕毛坯，然后对工作面进行磨抛处理，即为微晶材料重质型轨枕。它选用黄河泥沙为主要原料，可以不用或少用金属氧化物，其产品颜色可以根据需要添加着色剂进行调整，该种工业化生产大大降低熔化温度，降低微晶化温度，缩短微晶化保温时间，提高劳动生产率，节省能源，进而大幅度地降低产品成本。本发明一种微晶材料重质型轨枕的生产方法，选用的黄河泥沙二氧化硅含量高达 75%,其它成分为氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠、氧化钾等，主要为非金属矿物，主要化学成分是无机的非金属硅铝酸盐、铁的氧化物、钙的氧化物，其中包括Si02、Al2O3lFe2O3^ FeO, CaO, Na2O、K20、MgO 等，其化学成份为 Si0274%, Al2O3IO. 2%，Fe2O3 1. 61%，CaO 1. 2%，Na2O 3.5%，K2Ol. 8%等，它是高硅、高铝、高铁，对微晶材料重质型轨枕组成比较有利。
本发明一种微晶材料重质型轨枕的生产方法，其配方和生产工艺包括下列步骤 1.混合原料将原料以下粒度、重量百分比按特定配方混合在一起，混拌均勻
黄河泥沙粒度0. 08 0. 7mm50 78%
方解石粉粒度0. 1 0. 7mm 16 30%
碳酸钠2 12%
硼砂0 3%
氧化铝0 4%
碳酸钡1 5%
氧化锌0 5%
澄清剂0 1%
黄河泥沙中本身所含有的氧化铁、氧化亚铁等着色类氧化物比较多，一般不需要另外添加着色剂，这样就充分利用黄河泥沙中本身所含有的着色类氧化物作为着色剂；
2.高温熔化将上述混合原料放入玻璃熔化炉内熔化成玻璃液，熔化温度1420 1550 0C ；
3.水淬使玻璃液流入水槽内，水淬成直径0 8mm的颗粒料；
4.烘干粉碎将上述颗粒料用烘干设备烘干，然后用粉碎设备粉碎成细度6 120目备用料；
5.微晶化热处理将上述备用料装入模具内，放入晶化窑炉内进行微晶化热处理，晶化温度800 1150°C，晶化保温时间20 90分钟；
6.退火出窑在晶化窑内直接退火，退火至温度150 200°C，时间7 18小时，出窑冷却；
7.脱模把模具内的半成品即微晶材料重质型轨枕毛坯取出，放置毛坯区域，待加工；
8.加工和检测对微晶材料重质型轨枕毛坯的工作面进行磨抛加工处理，经检测合格即为成品，待售。本发明的一种微晶材料重质型轨枕的生产方法，其生产工艺分三大步第一步生产出合格的微晶熔块料；第二步烘干粉碎后的备用料加入模具中，连同模具放入晶化窑炉按特定温度制度，进行微晶化热处理；第三步是磨切加工处理及检测。第一步就是把特定组成的原料搅拌混合均勻后，经输送设备和加料设备，连续不断地均勻投入熔化池炉内，出来的玻璃液料柱用冷水淬成颗粒料；第二步就是把这些颗粒料烘干并把烘干好微晶颗粒料利用粉碎设备，制成细度6 120目的备用料，根据产品要求称量后，放入模具中并压制均勻，放入晶化窑炉内进行微晶化热处理，热处理完毕，脱模，得到微晶材料重质型轨枕毛坯； 第三步对微晶材料重质型轨枕毛坯进行机械磨抛加工处理，经检测合格产品，即为微晶材料重质型轨枕成品。本方法工艺特点是一是微晶熔块的生产；二是粉碎工艺和模具，这一步决定了产品外观质量和规格，影响产品合格率，要求装模的备用料一定均勻；三是微晶化热处理，即通过特定的温度制度控制微晶体大小、尺寸，微晶材料重质型轨枕内部结构决定了其本身性能，是最为关键的一步，采用快速烧成工艺；四是磨抛加工处理，对微晶材料重质型轨枕的工作面进行磨抛加工处理，检测合格即为成品。
图1为本发明一种微晶材料重质型轨枕的生产方法流程图。由原料1、混合输送2、熔化3、水淬4、烘干5、粉碎6、称量入模7、微晶化热处理8、退火9、脱模10、 磨抛11、检测12、成品13组成。用本发明方法生产的微晶材料重质型轨枕，其内部结构是由玻璃相和晶体相二部分组成，结构主晶相主要为β—娃灰石，主晶相含量占30 80%，玻璃相和晶体相交织在一起，大大提高了材料的机械强度，该种微晶材料重质型轨枕的理化性能指标
容重2600 2700 kg/m3吸水率0. 5 %
抗压强度彡320 MPa抗折强度彡50 MPa
抗冻性彡0. 2 %膨胀系数彡80 X ΚΤΛ
本发明一种微晶材料重质型轨枕的生产方法，利用资源丰富的黄河泥沙为主要原料，可不用和少用金属氧化物，大大降低原料成本，微晶化热处理后直接进入退火工艺，可连续生产，从而提高生产效率，产量提高，节省能源，提高企业经济效益。微晶材料重质型轨枕具有诸多优点减少维修本钱，节省大量的人力、物力和财力；使用寿命长，性价比寿价比高；其研发与应用完全符合国家目前大力推广环保、节能减排可持续发展的有关政策，适应国家铁路建设和交通运输体的发展要求，也是我国铁路及城轨道结构的发展方向。它的推广应用既是轨枕技术的一次革命，又将带来巨大的环保效益、经济效益和社会效益。
具体实施例方式下面结合实施例做进一步描述。实施例一
黄河泥沙 55% 方解石粉 27.6% 氧化铝 0.4% 碳酸钡5. 2% 碳酸钠 8. 5% 硼砂1.8%
氧化锌1. 2% 澄清剂 0. 3%
将上述原料混合在一起混拌均勻，放入熔化炉内经1520°C温度熔化成玻璃液，再经水淬成8mm以下的颗粒料，用烘干设备烘干后，直接粉碎成细度12目备用料，称重装模，放入晶化窑炉内加热至1120°C进行受控微晶化热处理，晶化保温时间60分钟，然后直接退火缓慢冷却，冷却至150°C，时间15小时，出窑后经脱模、磨抛加工，经检测合格即得到浅青褐色微晶材料重质型轨枕。实施例二
黄河泥沙 60% 方解石粉 25.6% 氧化铝 0. 2% 碳酸钡4.9% 碳酸钠 7. 5% 硼砂1.6%
氧化锌0. 2% 澄清剂 0.0%
将上述原料混合在一起混拌均勻，放入熔化炉内经1500°C温度熔化成玻璃液，再经水淬成8mm以下的颗粒料，用烘干设备烘干后，直接粉碎成细度60目备用料，称重装模，放入晶化窑炉内加热至1080°C进行受控微晶化热处理，晶化保温时间50分钟，然后直接退火缓慢冷却，冷却至180°C，时间14小时，出窑后经脱模、磨抛加工，经检测合格，得到深青褐色微晶材料重质型轨枕。实施例三
黄河泥沙 71% 方解石粉 21.2% 氧化铝 0.0% 碳酸钡2.0% 碳酸钠 4.4% 硼砂1. 5%氧化锌0.4% 澄清剂 0.0%
将上述原料混合在一起混拌均勻，放入熔化炉内经1450°C温度熔化成玻璃液，再经水淬成8mm以下的颗粒料，用烘干设备烘干后，直接粉碎成细度100目备用料，称重装模，放入晶化窑炉内加热至980°C进行受控微晶化热处理，晶化保温时间30分钟，然后直接退火缓慢冷却，冷却至160°C，时间12小时，出窑后经脱模、磨抛加工，经检测合格，得到深黑褐色微晶材料重质型轨枕。
权利要求
1. 一种微晶材料重质型轨枕的生产方法，其特征在于包括下列步骤(1)混合原料将原料以下粒度、重量百分比按特定配方混合在一起，混拌均勻黄河泥沙粒度0. 08 0. 7mm 50 78%方解石粉粒度0. 1 0. 7mm 16 30%碳酸钠2 12%硼砂0 3%氧化铝0 4%碳酸钡1 5%氧化锌0 5%澄清剂0 1%黄河泥沙中本身所含有的氧化铁、氧化亚铁等着色类氧化物比较多，一般不需要另外添加着色剂，这样就充分利用黄河泥沙中本身所含有的着色类氧化物作为着色剂；(2).高温熔化将上述混合原料放入熔化炉内熔化成玻璃液，熔化温度1420 1550 0C ；(3).水淬使玻璃液流入水槽内，水淬成直径0 8mm的颗粒料；烘干粉碎将上述颗粒料用烘干设备烘干，然后用粉碎设备粉碎成细度6 120目备用料；微晶化热处理将上述备用料装入模具内，放入晶化窑炉内进行微晶化热处理，晶化温度800 1150°C，晶化保温时间20 90分钟；(6).退火出窑在晶化窑内直接退火，退火至温度150 200°C，时间7 18小时， 出窑冷却；(7).脱模把模具内的半成品即微晶材料重质型轨枕毛坯取出，放置毛坯区域，待加工；(8).加工和检测对微晶材料重质型轨枕毛坯的工作面进行磨抛加工处理，经检测合格即为成品，待售。
2.根据权利要求1所述的一种微晶材料重质型轨枕的生产方法，其特征是其生产工艺分三大步第一步生产出合格的微晶熔块料；第二步烘干粉碎后的备用料加入模具中，连同模具放入晶化窑炉按特定温度制度，进行微晶化热处理；第三步是磨切加工处理及检测； 第一步就是把特定组成的原料搅拌混合均勻后，经输送设备和加料设备，连续不断地均勻投入熔化池炉内，出来的玻璃液料柱用冷水淬成颗粒料；第二步就是把这些颗粒料烘干并把烘干好微晶颗粒料利用粉碎设备，制成细度6 120目的备用料，根据产品要求称量后， 放入模具中并压制均勻，放入晶化窑炉内进行微晶化热处理，热处理完毕，脱模，得到微晶材料重质型轨枕毛坯；第三步对微晶材料重质型轨枕毛坯进行机械磨抛加工处理，经检测合格产品，即为微晶材料重质型轨枕成品；本方法工艺特点是一是微晶熔块的生产；二是粉碎工艺和模具，这一步决定了产品外观质量和规格，影响产品合格率，要求装模的备用料一定均勻；三是微晶化热处理，即通过特定的温度制度控制微晶体大小、尺寸，微晶材料重质型轨枕内部结构决定了其本身性能，是最为关键的一步，采用快速烧成工艺；四是磨抛加工处理，对微晶材料重质型轨枕的工作面进行磨抛加工处理，检测合格即为成品。
3. 根据权利要求1所述的一种微晶材料重质型轨枕的生产方法，其特征在于其生产流程是由原料1、混合输送2、熔化3、水淬4、烘干5、粉碎6、称量入模7、微晶化热处理8、 退火9、脱模10、磨抛检测12、成品13组成；用本发明方法生产的微晶材料重质型轨枕，其内部结构是由玻璃相和晶体相二部分组成，结构主晶相主要为β—硅灰石，其理化性能指标容重2600 2700 kg/m3吸水率0. 5 %抗压强度彡320 MPa抗折强度彡50 MPa抗冻性彡0. 2 %膨胀系数彡80 X 10_7°C。
全文摘要
本发明一种微晶材料重质型轨枕的生产方法，利用资源丰富的黄河泥沙为主要原料，辅助原料主要有钙石粉、工业碳酸钡、工业纯碱、工业硼砂、工业氧化铝、氧化锌及澄清剂等，本发明中微晶材料重质型轨枕具有优异物理化学性能，绿色环保，其生产工艺过程比较适合工业流水线，原料丰富，成本低，生产效率高，节省能源，资源综合有效利用特点。
文档编号C03C10/04GK102515540SQ20111044694
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者梁东成, 赵保华, 赵玉岭, 邹辞阳 申请人:淄博钰晶新型材料科技有限公司