硅砖的制造方法技术

公开了一个烧制含二氧化硅为主要成分的硅石料制造硅砖的方法，烧制前在硅石料中加入０. ０５～０. ２５ｗｔ％的熔化后又固化了的Ｎａ↓［２］Ｏ－ＣａＯ－ＳｉＯ↓［２］和０. １～１. ０ｗｔ％的铁氧化物（以Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］计）。这有效地加速了二氧化硅向鳞石英的转变，提供了主要含鳞石英带有少量残留的二氧化硅和无定型玻璃的硅砖，并增进了硅砖的抗蠕变强度。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术讲述了一种制造硅砖的方法，特别是制造适用于建造或修理各种工业用炉，例如炼焦炉和热风炉的硅砖的方法。硅砖是一种很重要的耐火材料，它可用于建造和修理工业用炉，主要是炼焦炉和热风炉。众所周知，二氧化硅是用作硅砖的主要材料-硅石的主要成份，二氧化硅在硅砖的烧制过程中由于晶态转变成方石英和鳞石英。含有大量未转变的二氧化硅的硅砖是不利的。因为在用作工业炉子的耐火材料时，它异常膨胀，损伤了炉子的稳定性。因此，二氧化硅的转变程度是设计工业用炉选材和评价所用材料的品质中必须考虑的一个很重要的因素。制造硅砖的一般过程包括粉碎硅石料，例如混合石英岩(红-白或兰-白)，成适当大小的粒子，再把它们与石灰(CaO)混合等步骤，石灰是一种添加剂在此用作粘合剂。硅砖也可用作玻璃窑的材料，为了防止玻璃熔池上层结构的硅表面上产生类霜似的物质，这种硅砖必需含有硅砖重量的0-1.5%的CaO、0.3-1.5%的K20，CaO和K2O的总重量不超过1.5%(见JP-B-49-16087，此处“JP-B”是指审查过的日本专利出版物)。也有人建议添加Fe、Fe2O3、Cu2O、TiO2、Si等。加热时硅石料中二氧化硅转变成方石英和鳞石英的容易程度受二氧化硅的晶粒大小，硅石料中的杂质等因素的影响，也因硅石料的产地不同而变化。一般来说，晶粒较大或杂质量较小有碍于二氧化硅的转变。本专利技术人先前提出了一极好的添加剂，它有助于二氧化硅不易转变型的硅石料中二氧化硅的转变，也提供了由此添加剂制作硅砖的方法，此法公开于美国专利5310708(相应于JP-A-5-4864，“JP-A”是指未审查过的已出版了的日本专利申请)中。已公开方法的特征是加硅石料重量的0.2-5%的熔化后又固化了的Na2O-CaO-SiO2到硅石料中去。这种添加剂和硅石料中的二氧化硅反应，促进二氧化硅向方石英和鳞石英转变。因而制成的硅砖大大减少了残留的二氧化硅的量，甚至当使用二氧化硅不易转变型硅石料开始时也是如此。深入研究后本专利技术者发现，把熔化后又固化了的Na2O-CaO-SiO2按上面指定的量加入，增加了硅砖中无定形玻璃的含量。硅砖中大量无定形玻璃会降低长期用作炼焦炉或热风炉的结构材料抗蠕变的能力。另一方面，硅砖中方石英含量太大使结构不稳定。在炼焦炉或热风炉中硅砖的工作温度范围内，从800℃到1400℃，鳞石英是稳定的。因此，炉中所用硅砖中的方石英在使用时转变成鳞石英，所以使用后的砖是主要含有鳞石英的硅砖。炼焦炉或热风炉使用期间方石英向鳞石英的转变伴随着膨胀，这使结构不稳定。本专利技术人分析了使用过的硅砖，并发现主要由鳞石类组成的硅砖是工业用炉的最佳材料。本专利技术是以上述发现为基础而得出的。本专利技术的目的是提供一个制造残留二氧化硅量少，主要含鳞石英，玻璃含量少因而具有改良的抗蠕变强度的硅砖的方法。本专利技术的上述目的是由加一定量的熔化后又固化的Na2O-CaO-SiO2及一定量的铁氧化物到硅石料中而达到的。本专利技术提供了一种制造硅砖的方法，这种硅砖由烧制含二氧化硅作为主要成分的硅石料而成的，其中还含硅石料重量的0.05～0.25%的熔化后又固化了的Na2O-CaO-SiO2，0.1～1.0%的Fe2O3(铁氧化物)，这些添加剂在烧制前加到硅石料中。本专利技术所用的熔化后又固化的Na2O-CaO-SiO2料含Na2O，CaO，SiO2和痕量MgO和Al2O3的熔化后又固化了的材料，通常有下列化学成分SiO270～75%(重量百分数)CaO 5～13wt%Na2O 10～24wt%Al2O30.5～2wt%MgO 0.5～4wt%下列化学成分为更好SiO270～75%CaO 8～10wt%Na2O 13～14wt%Al2O31～2wt%MgO 3～4wt%熔化后又固化的Na2O-CaO-SiO2料，最好以粒子大小不大于0.3mm的粉末形式加入。这样小的粒子尺寸增加了比表面积，这可防止烧制产品硅砖中出现针孔，也促进与硅石料的主要成分二氧化硅的反应，因而加速它的转变。本专利技术用的熔化后又固化Na2O-CaO-SiO2料(无定形玻璃粉)，可由硅砂，钠灰，碳酸钙，碳酸镁和钠长石按上述化学成分给定的比例混合而制得。熔化后又固化的Na2O-CaO-SiO2料的化学组成例子如表1所示。表1中的玻璃珠或片状玻璃粉是熔化后又固化的Na2O-CaO-SiO2料的合适形状。表1类 型成分 玻璃珠(wt%) 片状玻璃粉(wt%)灼烧损失 0.01 0.15SiO271.47 71.40Al2O31.76 1.71Fe2O30.35 0.12TiO20.04 0.27CaO 9.36 8.10MgO 3.25 3.88Na2O 13.06 13.52K2O 0.76 0.65若熔化后又固化的Na2O-CaO-SiO2量加太多，不仅使产品硅砖中无定形玻璃量增加，这会使其抗蠕变强度降低，而且会增加方石英类的形成因而抑制了鳞石英的形成，不能制得所希望的硅砖。相反，若Na2O-CaO-SiO2量太少，所得硅砖中残留二氧化硅量不能降到3wt%以下，残留二氧化硅超过3wt%的硅砖在高温使用时会异常膨胀，不适合用作工业用炉的结构材料。因此，熔化后又固化了的Na2O-CaO-SiO2的加入量，应在硅石料重量的0.05～0.25%之间，最好在0.1～0.2%之间。本专利技术用的氧化铁包括FeO、Fe2O3，FeO2和/或Fe2O3，最好粒子大小不大于0.3mm，不大于0.1mm更好。氧化铁的纯度为99wt%以上为更好。加入的氧化铁量按Fe2O3计为硅石料重量的0.1～1.0%，0.1～0.5%为更好。若小于0.1wt%，鳞石英的生成比降低。若超过1.0wt%会形成玻璃以及其它杂质，接着，硅砖的荷重软化点(JISR2209)和抗蠕变强度就降低。按本专利技术方法制造硅砖可这样来完成，例如，加规定量的熔化后又固化了的Na2O-CaO-SiO2和铁氧化物到已碾碎成合适粒子大小的硅石料中去，调和混合成混合粉，然后以常规方式(例U.S.专利5310708)烧制这混合粉。若需要，可加塑性粘合剂，如石灰(含CaO成分)，木质磺酸盐或糖浆，到混合物中去。当所用的硅石料是二氧化硅不易转变型时，本专利技术特别有效。可把这种类型的硅石料和二氧化硅转变容易的硅石料的混合物，预烧过的硅石料，砖灰等作原材料。也可加含无定形二氧化硅且SiO2重量不少于90%的微粒二氧化硅粉到硅石料中去，所加量应小于硅石材料重量的5%，最好少于4%。加这种细粒硅粉可增加硅砖结构的密度。此外，含CaO的材料，例CaCO3，Ca(OH)2或CaO可以不同形式加入。CaO组份有效地促进二氧化硅向鳞石英的转变，提高了室温时的结合强度。加入CaO组份的合适量为硅石材料重量的1.5～3.0%，2.0～2.5%为更好，若CaO组份的量少于1.5%，制成的硅砖角上易成碎屑。表面上易出现斑点使它变黑，因而外形十分难看。另一方面，CaO量超过3.0%，会降低硅砖在常温下的强度，使砖头变脆。也会产生一些有害的影响，例如增加了多孔性及热特性(曲线)的变坏，尤其是荷重软化点降低及抗蠕变强度受损。烧制硅石料混合物可在单个窑里或在转窑里进行，烧制温度范围为1350～1470℃，在1410～14本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造硅砖的方法包括：烧制含二氧化硅作主要成分的硅石料，烧制前在硅石料中要加入硅石料重量０. ０５～０. ２５％的熔化后又固化了的Ｎａ↓［２］Ｏ－ＣａＯ－ＳｉＯ↓［２］和０. １～１. ０％的铁氧化物（按Ｆｅ↓［２］Ｏ↓［３］计重量百分数）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：市川健治，原子尚行，藤原祯一，谷口昌史，
申请(专利权)人：品川白炼瓦株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]