工業(yè)防護用玻璃陶瓷板材及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工業(yè)防護用玻璃陶瓷板材及其制備方法，制備方法包括以下步驟：1）、配制原料：按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求，使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比：SiO250～55%、MgO8～10%、CaO12～14%、Al2O38～10%、FeO3～5%、Na2O+K2O2～4%、CaF26～8%，TiO23%；2）、將原料混合均勻，經(jīng)熔制和均質(zhì)化，得玻璃液；3）、玻璃液連續(xù)壓延成型、退火；4）、將退火后玻璃板直接在線送入核化晶化爐依次進行核化和晶化處理；5）、將核化和晶化后的玻璃陶瓷板在線切割、冷卻至室溫后，得到工業(yè)防護用玻璃陶瓷板材。
【專利說明】エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及エ業(yè)防護材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及ー種耐磨損、耐腐蝕的玻璃陶瓷板材及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵、煤炭、電力、化工、造紙、建材等行業(yè)是我國的支柱行業(yè)，這些行業(yè)的原材料及產(chǎn)品的輸送、儲存等過程均需要對相關(guān)設(shè)備及裝置進行防護。比如，鋼鐵行業(yè)的高爐混料倉、燒結(jié)料倉、給料機、制球機等；煤炭行業(yè)的矸石倉、介質(zhì)桶、刮板機、斗提機、溜槽、篩下漏斗等內(nèi)部需要増加ー層耐磨襯板；發(fā)電行業(yè)的卸煤溝、煤斗、爐前倉、干煤柵、翻車機、撈渣機、水處理等；化工行業(yè)需要防腐蝕地面、泵基礎(chǔ)等；建材行業(yè)的水泥生產(chǎn)線各種料倉內(nèi)壁、管道等；造紙行業(yè)的真空吸水面板、成型板、刮水板等均需要耐磨部分。隨著鋼鐵、煤炭、電力、化工、造紙、建材等我國支柱行業(yè)的技術(shù)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整，高硬度、腐蝕性原材料及產(chǎn)品的輸送、儲存等過程對防護材料提出了更為苛刻的要求，對エ業(yè)防護材料產(chǎn)生巨大的需求。
[0003]常規(guī)的防護材料有錳鋼、高分子、鑄石等特種材料。錳鋼材料雖然強度高、韌性好，但不耐腐蝕；高分子材料耐腐蝕性,耐沖擊性能好,但耐磨、耐高溫性能差；鑄石材料耐腐蝕、耐磨性能好，但切削 加工困難大，設(shè)備負載大。因此，亟待開發(fā)綜合性能更為優(yōu)越的エ業(yè)防護材料，以滿足鋼鐵、煤炭、電力、造紙、建材等相關(guān)行業(yè)的技術(shù)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整。開發(fā)高技術(shù)含量、高附加值的耐磨耐腐蝕玻璃陶瓷板材，其兼具陶瓷和玻璃雙重性能，可替代現(xiàn)有的錳鋼、高分子、鑄石等防護材料，作為エ業(yè)防護用材料。
[0004]目前已有的耐磨、耐腐蝕微晶玻璃板材的專利報道具體如下:
[0005]1、專利CN102491641公開了ー種耐磨微晶玻璃板材及其制備方法，其主要采用鋼渣為原料，利用燒結(jié)法制備裝飾用耐磨微晶玻璃。
[0006]2、專利CN102826758公開了エ業(yè)耐磨耐腐蝕微晶玻璃板材及其制備方法，其主要采用鉻渣、粉煤灰、黃金尾礦為原料，利用熔制法來制備耐磨微晶玻璃板材。
[0007]3、專利CN100528781C公開了ー種含磁鐵礦尾礦制備的微晶玻璃，其成分的重量百分比為:Si02為55~65，Al2O3為4~10，CaO為10~20，MgO為3~7，TiO2為4~7，F(xiàn)e2O3 為 4.0 ~9.5，Zr02 為 0 ~1.5，K2O-Na2O 為 4 ~9。
[0008]上述專利盡管都告知了制備耐磨、耐腐蝕微晶玻璃材料的方法，但均未告知基礎(chǔ)玻璃體系以及微晶相的物相組成，也未在生產(chǎn)中采用連續(xù)壓延成型エ藝，而且最終制備的微晶玻璃材料的性能也不足以用于エ業(yè)防護。另外，還有ー些與鐵尾礦、粉煤灰、黃金尾礦、煤矸石、赤泥等固體廢棄為原料制備微晶玻璃材料的相關(guān)專利公開，這些專利主要以最大限度地利用固體廢棄物為目的，并不會更多考慮微晶玻璃結(jié)構(gòu)、性能以及其用途。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供ー種耐磨、耐腐蝕的エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材及其制備方法。
[0010]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材，包含以下重量含量的成分:
[0011]Si0250 ~55%、Mg08 ~10%、CaO12 ~14%、Al2038 ~10%、Fe03 ~5%、Na20+K202 ~4%、CaF26 ~8% 和 Ti023%。
[0012]本發(fā)明還同時提供了一種エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材的制備方法，包括以下步驟:
[0013]I)、配制原料:
[0014]按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求(配料時進行原料成分匹配)，使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比:
[0015]Si0250 ~55%、Mg08 ~10%、CaO12 ~14%、Al2038 ~10%、Fe03 ~5%、Na20+K202 ~4%、CaF26 ~8%，Ti023% ；
[0016]備注說明:在Na2CHK2O (即Na2O和K2O組成的混合物)中，Na2O, K2O這2者可按照任意重量比例的配比關(guān)系進行混合；
[0017]選用鐵尾礦、白云石、石英砂、鉀長石、螢石和鈦白粉的混合物作為原料，使所述原料中所含的化合物成分滿足上述重量百分比；
[0018]2)、將原料混合均勻，置于玻璃熔窯中加熱至1480~1500°C熔制2~3小時，置入澄清池中于1500~1550°C均質(zhì)化I~2小時，得到澄清均勻的玻璃液；
[0019]備注說明:均質(zhì)化`過程中，一般無需攪拌；
[0020]3)、玻璃液經(jīng)連續(xù)壓延成型制備得到I~2厘米厚的玻璃板，將成型好的玻璃板直接在線退火，退火溫度480~520°C (較佳為500°C)，保溫時間為0.5小時，得到退火后玻璃板(呈黑色或褐色)；
[0021]4)、將退火后玻璃板直接在線送入核化晶化爐依次進行核化和晶化處理，核化溫度720~750°C，保溫時間為I~2小時；晶化溫度950~980°C，保溫時間為I~2小吋，得到核化和晶化后的玻璃陶瓷板(呈黑色或褐色);
[0022]備注說明:核化和晶化是核化晶化爐的不同階段，但在同一爐體內(nèi)進行；
[0023]5)、將核化和晶化后的玻璃陶瓷板在線切割、冷卻至室溫后，得到エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材。
[0024]室溫一般是指10~30°C。
[0025]作為本發(fā)明的エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材的制備方法的改進:按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求，使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比:
[0026]Si0250%、Mg010%、Ca014%、Al2038%、Fe03%、Na20+K204%(即 Na2O 為 0.5%, K2O 為 3.5%)、CaF28%, Ti023%。
[0027]本發(fā)明的エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材，基礎(chǔ)化學組成符合CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系，成分匹配后，最終原料成分達到以下重量百分比:Si0250~55%、Mg08~10%、Ca012~14%、Al2038 ~10%、Fe03 ~5%、Na20+K202 ~4%、CaF26 ~8%, Ti023%。
[0028]在本發(fā)明中，鐵尾礦例如可選用內(nèi)蒙古鋼鐵公司出產(chǎn)的鐵尾礦，其主要成分為:Si0218.3%、Mg03.4%、Ca016.1%、Al2O3L 2%、Fe024.7%、Na2Ol.0%、K2O0.78%。
[0029]白云石例如可選用廣西礦石場出產(chǎn)的白云石，其主要成分Ca030.4%, Mg021.7%。
[0030]石英砂為常規(guī)的市購品，其Si02的含量為99.5%，即，雜質(zhì)含量可忽略不計。[0031]鉀長石例如可選用河北礦石場出產(chǎn)的鉀長石，其主要成分為K2O為11.4~15.5%,Na2O 為 1.7 ~3.9%, Si0264.1%，Al20318.5%。
[0032]螢石例如可選用河南信陽出產(chǎn)的螢石，其CaF2的含量為90~97%。
[0033]鈦白粉為市購，Ti02為99.9%。即，雜質(zhì)含量可忽略不計。
[0034]當然，也可選用別的成分含量略有區(qū)別的鐵尾礦、白云石、石英砂、鉀長石、螢石和欽白粉。
[0035]在本發(fā)明中，首先根據(jù)原料中的基礎(chǔ)化合物成分的重量百分含量，然后再根據(jù)所選用的鐵尾礦、白云石、石英砂、鉀長石、螢石和鈦白粉中成分含量，推算出所需的鐵尾礦、白云石、石英砂、鉀長石、螢石和鈦白粉的重量份。
[0036]一般而言,原料可由鐵尾礦40~50份，白云石5~10份，石英砂30~40份,鉀長石5~10份,螢石6~8份和鈦白粉3份組成,所述份為重量份。
[0037]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點:
[0038]I)、玻璃陶瓷體系為CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系,可以獲得堇青石(為主晶相),從而使玻璃陶瓷具有優(yōu)越的力學性能和耐腐蝕性能，還具有很好的熱膨脹性能；如圖1所示。
[0039]2)、精確的原料成分匹配，保證玻璃的熔制特點，確保玻璃液能滿足在線連續(xù)壓延成型的要求；
[0040]3)、采用氟化鈣及氧化物晶核劑組成復(fù)合晶核劑，突破了傳統(tǒng)CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系難以整體析晶的技術(shù)難題，實現(xiàn)堇青石的整體析晶；
[0041]4)、集成原料、熔化、成形、核化、晶化、加工等在線制造エ序，自動化生產(chǎn)確保耐磨耐腐蝕玻璃陶瓷板材的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。
[0042]本發(fā)明的エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材及其生產(chǎn)方法，是發(fā)明人經(jīng)過長期的實驗研究和生產(chǎn)實踐后獲得的。本發(fā)明的玻璃陶瓷板材，其主晶相和次晶相為堇青石，晶體形狀為棒狀、短軸狀，抗彎強度為100~150MPa或更高，沖擊韌性≥3.0kJ/m2，壓縮強度≥800MPa,耐硫酸溶液(質(zhì)量分數(shù)是0.20) ^ 96.0%，耐氫氧化鈉溶液(質(zhì)量分數(shù)是0.20)≥98.0%，磨損量< 0.055g/cm2,品種分為黒色或褐色玻璃陶瓷。本發(fā)明的玻璃陶瓷板材的制備方法，主要用于生產(chǎn)エ業(yè)防護用玻璃陶瓷面板，也可以用于建筑裝飾玻璃陶瓷制品的制造及生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進ー步詳細說明。
[0044]圖1為所制備的CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系玻璃陶瓷的XRD圖譜。
【具體實施方式】
[0045]實施例1、ー種エ業(yè)防護玻璃陶瓷板材的制備方法，依次進行以下步驟:
[0046]1)、按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求(配料時進行原料成分匹配),使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比:
[0047]Si0255%、Mg08%、Ca013%、Al2038%、Fe03%、Na20+K203%(即，Na2O 為 0.5%, K2O 為 2.5%)、CaF27%, Ti023%。
[0048]選用鐵尾礦約40份，白云石約5份，石英砂約40份，鉀長石約5份，螢石約7份，鈦白粉約3份的混合物作為原料，從而確保原料中所含的化合物成分滿足上述重量百分比。[0049]2)、將原料充分混合均勻，置于玻璃熔窯中加熱至1480~1500°C熔制3小時，置入澄清池中1500~1550°C均質(zhì)化2小時，得到澄清均勻的玻璃液。[0050]3)、將玻璃液經(jīng)連續(xù)壓延成型，制備得到I厘米厚的玻璃板，將成型好的玻璃板直接在線退火，退火溫度500°C，保溫時間為0.5小時，得到黒色或褐色的退火后玻璃板。
[0051]4)、將退火后玻璃板直接在線送入核化晶化爐依次進行核化和晶化處理，核化溫度720~750°C，保溫時間為2小吋，晶化溫度950~980°C，保溫時間為2小時，得到黒色或褐色后的玻璃陶瓷板。
[0052]5)、將核化和晶化后的玻璃陶瓷板在線切割，冷卻至室溫后，得到褐色的エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材。
[0053]實施例2、ー種エ業(yè)防護玻璃陶瓷板材的制備方法，依次進行以下步驟:
[0054]I )、按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求(配料時進行原料成分匹配)，使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比:
[0055]Si0252%、Mg08%、Ca012%、Al20310%、Fe05%、Na20+K204% (即 Na2O 為 1%，K2O 為 3%)、CaF26%, Ti023%。
[0056]選用鐵尾礦約50份，白云石約5份，石英砂約30份，鉀長石約5份，螢石約7份，鈦白粉約3份的混合物作為原料，從而確保原料中所含的化合物成分滿足上述重量百分比。
[0057]2)、將原料充分混合均勻，置于玻璃熔窯中加熱至1480~1500°C熔制3小吋，置入澄清池中于1500~1550°C均質(zhì)化2小時，得到澄清均勻的玻璃液。
[0058]3)、玻璃液經(jīng)連續(xù)壓延成型，制備得到I厘米厚的玻璃板，將成型好的玻璃板直接在線退火，退火溫度500°C，保溫時間為0.5小時，得到黒色或褐色的退火后玻璃板。
[0059]4)、將退火后玻璃板直接在線送入核化晶化爐進行核化和晶化處理，核化溫度720~750°C，保溫時間在2小吋，晶化溫度950~980°C，保溫時間在2小時，得到黒色或褐色的玻璃陶瓷板。
[0060]5)、將核化和晶化后的玻璃陶瓷板在線切割，冷卻后，得到エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材。
[0061]實施例3、ー種エ業(yè)防護玻璃陶瓷板材的制備方法，依次進行以下步驟:
[0062]I)、按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求(配料時進行原料成分匹配),使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比:
[0063]Si0250%、Mg010%、Ca014%、Al2038%、Fe03%、Na20+K204%(即 Na2O 為 0.5%, K2O 為 3.5%)、CaF28%, Ti023%。
[0064]選用鐵尾礦約40份，白云石約10份，石英砂約31份，鉀長石約8份，螢石約8份，鈦白粉約3份的混合物作為原料，從而確保原料中所含的化合物成分滿足上述重量百分比。
[0065]2)、將原料充分混合均勻，置于玻璃熔窯中加熱至1480~1500°C熔制3小吋，置入澄清池中于1500~1550°C均質(zhì)化2小時，得到澄清均勻的玻璃液。
[0066]3)、玻璃液經(jīng)連續(xù)壓延成型，制備得到I厘米厚的玻璃板，將成型好的玻璃板直接在線退火，退火溫度500°C，保溫時間為0.5小時，得到黒色或褐色的退火后玻璃板。
[0067]4)、將退火后玻璃板直接在線送入核化晶化爐進行核化和晶化處理，核化溫度720~750°C，保溫時間為2小吋，晶化溫度950~980°C，保溫時間在2小時，得到黒色或褐色的玻璃陶瓷板。
[0068]5)、將核化和晶化后的玻璃陶瓷板在線切割，冷卻后，得到エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材。
[0069]實施例4、ー種エ業(yè)防護玻璃陶瓷板材的制備方法，依次進行以下步驟:
[0070]I)、按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求(配料時進行原料成分匹配)，使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比:
[0071]Si0252%、Mg09%、Ca012%、Al20310%、Fe04%、Na20+K203%(即 Na2O 為 0.5%，K20 為 2.5%)、CaF27%, Ti023%。
[0072]選用鐵尾礦約44份，白云石約8份，石英砂約33份，鉀長石約6份，螢石約6份，鈦白粉約3份的混合物作為原料，從而確保原料中所含的化合物成分滿足上述重量百分比。
[0073]2)、將原料充分混合均勻，置于玻璃熔窯中加熱至1480~1500°C熔制2~3小吋，置入澄清池中于1500~1550°C均質(zhì)化2小時，得到澄清均勻的玻璃液。
[0074]3)、將玻璃液經(jīng)連續(xù)壓延成型，制備得到I厘米厚的玻璃板，將成型好的玻璃板直接在線退火，退火溫度500°C，保溫時間為0.5小時，得到黒色或褐色的退火后玻璃板。
[0075]4)、將退火后玻璃板直接在線送入核化晶化爐進行核化和晶化處理，核化溫度720~750°C，保溫時間為2小吋，晶化溫度950~980°C，保溫時間為2小時，得到黒色或褐色的玻璃陶瓷板。
[0076]5)、將核化和晶化后的玻璃陶瓷板在線切割，冷卻后，得到エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材。
[0077]實驗:性能測試
[0078]對實施例1~4得到玻璃陶瓷板材按照三點彎曲法、抗沖擊法、X-射線衍射儀、耐酸堿性測試標準進行結(jié)構(gòu)和性能的檢測，結(jié)果見表1。
[0079]表1
【權(quán)利要求】
1.エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材，其特征是包含以下重量含量的成分: Si0250 ~55%、Mg08 ~10%、CaO12 ~14%、Al2038 ~10%、Fe03 ~5%、Na20+K202 ~4%、CaF26 ~8% 和 Ti023%。
2.エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材的制備方法，其特征是包括以下步驟: 1)、配制原料: 按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求，使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比: Si0250 ~55%、Mg08 ~10%、CaO12 ~14%、Al2038 ~10%、Fe03 ~5%、Na20+K202 ~4%、CaF26 ~8%，Ti023% ； 選用鐵尾礦、白云石、石英砂、鉀長石、螢石和鈦白粉的混合物作為原料，使所述原料中所含的化合物成分滿足上述重量百分比； 2)、將原料混合均勻，置于玻璃熔窯中加熱至1480~1500°C熔制2~3小時，置入澄清池中于1500~1550°C均質(zhì)化I~2小時，得到澄清均勻的玻璃液； 3)、玻璃液經(jīng)連續(xù)壓延成型，制備得到I~2厘米厚的玻璃板，將成型好的玻璃板直接在線退火，退火溫度480~ 520°C，保溫時間為0.5小時，得到退火后玻璃板； 4)、將退火后玻璃板直接在線送入核化晶化爐依次進行核化和晶化處理，核化溫度720~750°C，保溫時間為I~2小時；晶化溫度950~980°C，保溫時間為I~2小時，得到核化和晶化后的玻璃陶瓷板； 5)、將核化和晶化后的玻璃陶瓷板在線切割、冷卻至室溫后，得到エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的エ業(yè)防護用玻璃陶瓷板材的制備方法，其特征是: 按CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系要求，使原料中的基礎(chǔ)化合物成分達到以下重量百分比:
Si0250%、Mg010%、Ca014%、Al2038%、Fe03%、Na20+K204%、CaF28%, Ti023%。
【文檔編號】C03C10/08GK103553342SQ201310467890
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】郭興忠, 楊輝, 盛建松, 王長林, 溫計格 申請人:浙江大學