CN114988894A - 一种轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，是以不同粒度的高纯烧结莫来石为主要原料，并引入了一定含量的堇青石预合成粉。混合均匀成型后，在高温热处理过程中，堇青石预合成粉发生高温原位反应形成堇青石相，与原有的莫来石相形成微观尺度的结合。这种复相材料兼具莫来石和堇青石的优点，即较低的体积密度，较低的热膨胀系数，较高的抗热震性。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃成型制造技术领域，尤其是涉及一种轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管及其制备方法。
背景技术
目前玻璃窑旋转管常用铝硅系耐火材料，包括莫来石质，硅线石质等。制备原料种类繁多，包括莫来石、硅线石、焦宝石、粘土，及氧化铝微粉和氧化硅微粉等。不同厂家生产旋转管所使用的原料种类和加入量，以及工艺条件存在不同，产品性能存在差别。当前，所用玻璃窑旋转管的尺寸不断增大，长度和直径均有所提高，这需要它具有较高的机械强度，较低的体积密度以及较高的热震稳定性。目前常用的刚玉莫来石质旋转管的体积密度较高，气孔率低，抗热震性差。较高的致密性虽然有利于提高其机械强度，但是不利于缓冲热应力的急剧变化，抗热震能力差。
现有技术的旋转管的主要改进主要为针对其结构设计的实用新型专利，如玻璃拉管用陶瓷旋转管(授权公告号CN201224706Y)，玻璃水平拉管机用旋转管(授权公告号CN203922982U)，一种玻璃窑炉成形旋转管装置(授权公告号CN204509099U)，涉及具有轻质抗热震性能的旋转管材质的研究处于空白。
发明内容
针对现有技术中常用的刚玉莫来石质旋转管的体积密度较高，自重大，工作时与主轴存在不同步旋转，从而影响拉制出来的玻璃管的质量；刚玉莫来石的热膨胀系数较大，抗热震性能差，在使用过程中，特别是在热换过程中，旋转管容易炸裂损毁的技术问题，本发明提供了一种轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管及其制备方法，具体的，本发明通过原料优化和组分设计，公开一种轻质，具有高抗热震性的莫来石-堇青石质旋转管，其有利于提高旋转管的使用寿命，提高玻璃管制品的成品率。
具体的，本发明轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，原料包括50～70wt％的高纯烧结莫来石、8～20wt％的滑石、7～15wt％的氧化铝微粉、4～10wt％的硅石粉和3～25wt％的结合粘土。
优选的，所述的高纯莫来石的主要化学成分为：Al2O3：65～75wt％，SiO2：25～30wt％，粒度分别为1-0.5mm，0.5-0.2mm，≤0.074mm，≤0.044mm。
优选的，所述的滑石的主要化学成分为：MgO：31～36wt％，SiO2：44～48wt％，粒度为≤0.044mm。
优选的，所述的氧化铝微粉中Al2O3≥99.5％，粒度≤5μm。
优选的，所述的硅石粉中SiO2≥97wt％，粒度为≤0.044mm。
优选的，所述的结合粘土的主要化学成分是Al2O3：30～40wt％，SiO2：45～60wt％，粒度≤0.044mm。
优选的，旋转管制备过程中添加适量结合剂。
更优选的，所述结合剂为占原料总量2～5wt％的比重1.15-1.30g/cm3的糊精溶液。
堇青石一种MgO-Al2O3-SiO2三元系耐火材料，具有比莫来石更低的密度和热膨胀系数，其热膨胀系数接近零。本专利通过原料优化选择，在莫来石主晶相中引入堇青石预合成料，通过高温原位自反应在材料内部形成堇青石相，并与主晶相实现微观尺度复合。这种莫来石-堇青石复合相材料有利于降低旋转管的密度，达到轻质的效果；低热膨胀系数的堇青石引入到莫来石中，有利于提高其热震稳定性。这种轻质抗热震的莫来石堇青石质旋转管具有更高的使用寿命，且能提高玻璃管产品质量，获得更高的成品率。
本发明还涉及上述轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管的制备方法，具体的，包括如下步骤：
1)按重量比称取50～70wt％的高纯烧结莫来石、8～20wt％的滑石、7～15wt％的氧化铝微粉、4～10wt％的硅石粉和3～25wt％的结合粘土为原料；
2)将步骤1)中原料在搅拌锅内干混，再加入占原料总量2～5wt％的，比重为1.15-1.30g/cm3的糊精溶液作为结合剂，在湿碾机内湿混；
3)将步骤2)湿混后的物料取出，经冷等静压成型；
4)将步骤3)成型坯体烘干后置于电炉内，经热处理得到制品。
优选的，步骤2)中干混时间为5～10分钟。
优选的，步骤2)中湿混时间为10～15分钟。
优选的，步骤3)中成型压力为200MPa。
优选的，步骤4)中烘干工艺参数为110℃×24h。
优选的，步骤4)中热处理温度为1350-1420℃，热处理时间为5-7h。
更优选的，步骤4)中热处理时间为6h。
本发明轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，是以不同粒度的高纯烧结莫来石为主要原料，并引入了一定含量的堇青石预合成粉。混合均匀成型后，在高温热处理过程中，堇青石预合成粉发生高温原位反应形成堇青石相，与原有的莫来石相形成微观尺度的结合。这种复相材料兼具莫来石和堇青石的优点，即较低的体积密度，较低的热膨胀系数，较高的抗热震性。所制得的莫来石-堇青石旋转管在使用过程中不炸裂，使用寿命长。在使用时，自重较轻的旋转管有利于拉管机正常运转，不易出现旋转管与主轴脱离的情况，拉制出来的玻璃管成品率高。
经检测，本发明所制备的莫来石堇青石质旋转管，其体积密度为2.20-2.45g/cm3范围内，密度低于常用的刚玉莫来石质产品(～2.60g/cm3)，自身重量低；莫来石堇青石质旋转管的加热线膨胀系数(20-1000℃)为3.5～5.0×10-6/K，低于刚玉莫来石质产品的线膨胀系数(～6.5×10-6/K)，热震稳定性高：热震实验(1100℃-水冷)经过20次循环不破裂。适用于玻璃窑旋转管用材。
具体实施方式
实施例1
一种轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，经配料、干混、湿混、冷等静压成型、热处理后制得，所用原料由50wt％的高纯烧结莫来石、19wt％的滑石、10wt％的氧化铝微粉、和21wt％的结合粘土组成。将上述原料在搅拌锅内干混8分钟，再加入占原料总量3.5wt％的，比重为1.20g/cm3的糊精溶液作为结合剂，在湿碾机内湿混10分钟。之后将物料取出，经200MPa冷等静压成型。坯体经110℃×24h下烘干后置于电炉内，在1380℃温度下经6h热处理得到制品。检测得到：体积密度为2.25g/cm3，热膨胀系数3.60×10-6/K；热震实验(1100℃-水冷)经过20次循环不破裂。
实施例2
一种轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，经配料、干混、湿混、冷等静压成型、热处理后制得，所用原料由60wt％的高纯烧结莫来石、17.2wt％的滑石、8wt％的氧化铝微粉、和16.8wt％的结合粘土组成。将上述原料在搅拌锅内干混8分钟，再加入占原料总量3.5wt％的，比重为1.20g/cm3的糊精溶液作为结合剂，在湿碾机内湿混12分钟。之后将物料取出，经200MPa冷等静压成型。坯体经110℃×24h下烘干后置于电炉内，在1380℃温度下经6h热处理得到制品。检测得到：体积密度为2.32g/cm3，热膨胀系数3.98×10-6/K；热震实验(1100℃-水冷)经过20次循环不破裂。
实施例3
一种轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，经配料、干混、湿混、冷等静压成型、热处理后制得，所用原料由70wt％的高纯烧结莫来石、10.5wt％的滑石、9wt％的氧化铝微粉、6wt％的硅石粉和4.5wt％的结合粘土组成。将上述原料在搅拌锅内干混8分钟，再加入占原料总量3wt％的，比重为1.30g/cm3的糊精溶液作为结合剂，在湿碾机内湿混12分钟。之后将物料取出，经200MPa冷等静压成型。坯体经110℃×24h下烘干后置于电炉内，在1400℃温度内下经6h热处理得到制品。检测得到：体积密度为2.46g/cm3，热膨胀系数4.56×10-6/K；热震实验(1100℃-水冷)经过20次循环不破裂。
最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，其特征在于，原料包括50～70wt％的高纯烧结莫来石、8～20wt％的滑石、7～15wt％的氧化铝微粉、4～10wt％的硅石粉和3～25wt％的结合粘土。
2.根据权利要求1所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，其特征在于，所述的高纯莫来石的主要化学成分为：Al2O3：65～75wt％，SiO2：25～30wt％，粒度分别为1-0.5mm，0.5-0.2mm，≤0.074mm，≤0.044mm。
3.根据权利要求1所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，其特征在于，所述的滑石的主要化学成分为：MgO：31～36wt％，SiO2：44～48wt％，粒度为≤0.044mm。
4.根据权利要求1所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，其特征在于，所述的氧化铝微粉中Al2O3≥99.5％，粒度≤5μm。
5.根据权利要求1所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，其特征在于，所述的硅石粉中SiO2≥97wt％，粒度为≤0.044mm。
6.根据权利要求1所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，其特征在于，所述的结合粘土的主要化学成分是Al2O3：30～40wt％，SiO2：45～60wt％，粒度≤0.044mm。
7.根据权利要求1所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，其特征在于，旋转管制备过程中添加适量结合剂。
8.根据权利要求7所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管，其特征在于，所述结合剂为占原料总量2～5wt％的比重1.15-1.30g/cm3的糊精溶液。
9.根据权利要求1-8任一项所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按重量比称取50～70wt％的高纯烧结莫来石、8～20wt％的滑石、7～15wt％的氧化铝微粉、4～10wt％的硅石粉和3～25wt％的结合粘土为原料；
2)将步骤1)中原料在搅拌锅内干混，再加入占原料总量2～5wt％的，比重为1.15-1.30g/cm3的糊精溶液作为结合剂，在湿碾机内湿混；
3)将步骤2)湿混后的物料取出，经冷等静压成型；
4)将步骤3)成型坯体烘干后置于电炉内，经热处理得到制品。
10.根据权利要求9所述的轻质抗热震莫来石堇青石质旋转管的制备方法，其特征在于，步骤4)中热处理温度为1350-1420℃。
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