專利名稱：大尺寸耐火磚及其生產方法
技術領域：
本發(fā)明涉及大尺寸耐火磚(fireclay refractory brick)，特別是一種錫槽(tin bath)底磚。它的塊體材料體系為Al2O3-SiO2，并具有一個與錫槽接觸的表面。這種大尺寸耐火磚具有嚴格的方形，一個面向錫槽的面，四個側面以及一個不與錫槽接觸的表面。此大尺寸耐火磚的全部六個面在灼燒后的研磨過程中被加工成最后的大小，以保持其所需尺寸。
這種用作錫槽鋼結構(steel construction)襯里，并由Al2O3-SiO2材料體系制成的大尺寸耐火磚可以從DE4206734C2得知。這里感興趣的是一種玻璃制造裝置的部件，在其下部具有一個鋼結構，它用大尺寸耐火磚作襯里。這樣形成了一個能盛液態(tài)錫的盆體。熔化的玻璃澆注在錫槽的表面上。它在錫槽的表面流過并以薄而基本上寬于錫槽表面的帶狀被拉伸。這就是根據浮法制造平板玻璃的已知方法。平板玻璃含有大約15％Na2O，在玻璃和液態(tài)錫的接觸表面上，Na2O擴散到液態(tài)金屬中去。這樣錫槽中存在有溶解形式的鈉和原子氧。錫中鈉和原子氧的溶解度是溫度的函數。在玻璃的流動方向上，出現約1200℃-600℃的生產玻璃的溫度。由熱和力學引起的液態(tài)錫在錫槽內的流動使部分含有鈉的錫與耐火磚塊體表面相接觸。所以在耐火磚和錫之間產生了鈉的交換。原子鈉滲入到耐火材料中去，并和耐火磚玻璃相中的二氧化硅反應生成氧化鈉。由于含二氧化硅相的還原作用，耐火磚的還原部分呈灰至黑色。
已知用于這種玻璃制造設備的耐火磚的長度為1000mm，寬為600mm高為300mm。它們由不同顆粒級別的顆粒、粘土和堿金屬的硅鋁酸鹽(alkalialumosilicate)制成。經灼燒后，從礦物學角度看主要存在有富鋁紅柱石，少量方英石和玻璃相。這種耐火磚中玻璃相的含量是由氧化鈉和氧化鉀的含量來決定的。這些氧化物實質上影響到玻璃相的化學組成。在金屬鈉侵入耐火磚的表面層附近后，玻璃相的化學組成決定了生成哪一種堿金屬硅鋁酸鹽--霞石還是鈉長石。霞石的熱脹系數大約為富鋁紅柱石的熱脹系數的四倍。這導致耐火磚中和錫槽發(fā)生接觸的表面附近一層發(fā)生擴大和生長。由于耐火磚為矩形而使這些層相互接觸，應力便產生了。
另一方面，還要求耐火磚經研磨的側面之間的縫隙盡可能的小，以保持密封，使熔融錫不至于通過這些縫向下滲漏。否則會使裝耐火磚的鋼結構損壞。由于不能可靠地避免和不能在任何情況下避免液態(tài)錫向縫中的滲入，鋼結構需冷卻使?jié)B入的錫轉變?yōu)楣虘B(tài)。
由于磚接觸錫槽的層的體積增大，相對于這些層的剝落發(fā)生了，這些層產生在與錫槽接觸表面的邊角處。由于耐火磚的陶瓷材料的比重小于錫，錫槽中從磚上剝落的材料會漂浮起來，在制造平板玻璃時這會導致嚴重的生產干擾。
本發(fā)明的目的是提供上述大尺寸耐火磚，這種耐火磚具有實質上降低的形成長石或長石替代物的趨勢，這樣，用這種耐火磚作錫槽襯里時就能防止剝落現象的發(fā)生。
按本發(fā)明，上述目的是用上述耐火磚來實現的，其中，塊體的上表面用一種含有堿金屬硅酸鹽的涂層覆蓋，用以在塊體的上表面形成阻擋層，由于與塊體相比較這一層減少提供Al2O3而增加提供堿金屬和硅酸，該阻擋層適于生成搪瓷(glazing)并作為從錫槽中捕集鈉的原料。
本發(fā)明從這樣的思路出發(fā)，在塊體與錫槽發(fā)生接觸的所有表面上，即至少是上表面和部分側表面，如果塊體是以圍繞著上表面的相提供的話。該涂層形成一層薄的搪瓷。它以堿金屬作為流動劑，特別是有鑒于其高SiO2含量。這一層可由涂刷、刮刀涂飾、噴灑或類似的方法組成。在涂層上生成的搪瓷只有幾分之一毫米厚，但另一方面它被牢牢地固定在表面的孔上。涂層的薄層中產生搪瓷化合物是有利的，或通過提供過量的堿金屬和硅酸也是可以產生搪瓷化合物的。這樣它本身的厚度很小，小到不能剝落成為搪瓷塊(所謂蝌蚪)避免了錫槽中的飄浮現象。涂層及其形成的搪瓷作為原子鈉的捕集材料和阻擋層，這樣來自錫槽中的原子鈉能分別滲透到涂層的層或搪瓷中，但不再能轉移到塊體材料的基體中去。阻擋層的作用基于這樣一點，即由于引入了涂層，開口孔也被塞滿了，因而起到了力學阻擋作用。同時涂層被牢牢地固定在塊體表面的孔上。通過將涂層限于一個薄層，避免了層的尺寸問題，這在現有技術中剝落并在錫槽中以碎片飄浮的問題是典型的。來自錫槽的原子鈉的破壞作用導致霞石的生成，使得在涂層中先安排堿金屬形式的鈉看似是荒謬的，然而有利的是薄的隔離層得益于搪瓷的形成。隔離層保護了塊體材料深層免受損害。
如果用于本發(fā)明的塊體的頂面被一相包圍，那么使用時涂層要延伸到所有與錫槽發(fā)生接觸的表面上去。得益于這一相的排列，放在鋼結構中相鄰放置的體塊之間張力和應力轉移到與接觸錫槽的上表面保持有一段距離的塊體區(qū)內部中去，另外，和錫槽接觸的上表面上可有一個或多個槽溝，它們把塊體的大尺寸的表面分割為多個小尺寸的表面且不能將力相互傳遞，通過這種能用于很大塊體的措施使耐火磚上和錫槽發(fā)生接觸的較大的表面分割所產生的較小尺寸的表面被相互隔開，顯然槽溝上也延伸有涂層。還有可能放棄所述的相而僅僅是在塊體的上表面設置槽溝。在這方面，在靠近棱邊處設置交錯的槽溝，產生一個獨立于表面中心或鄰近上表面邊緣位置的相同大小的區(qū)或。
涂層可以含有細顆粒大小形式的堿金屬硅酸鹽和硅鋁酸鹽，這樣可以提高生成的搪瓷層的粘度，以對抗形成蝌蚪效應的剝離現象。
涂層可以含有水玻璃或水玻璃溶液，尤其是鈉型水玻璃和/或鉀鹽水玻璃?；旌衔镆彩强捎玫摹?br> 涂層應盡可能薄，最大層厚為1毫米，它覆蓋在塊體(2)的與錫槽接觸的表面(1)上，塊體表面的開口孔的地方，涂層滲入得比其他地方要深，涂層層物質接著用尺子或類似的工具拉刮去多余的材料對于保持盡可能薄的涂層是有意義的。
如果涂層中能有約50％-60％(重量)的堿金屬硅酸鹽和約50到40重量％的硅鋁酸。涂層中除含有堿金屬硅酸鹽外，可另外含有SiO2使搪瓷的組份有所變化。依據在玻璃制造裝置中不同的使用位置，耐火磚可以有不同形式的涂層。以便在玻璃的流動方向上在生產裝置的始端(約1000℃或1200℃)在較高溫度下形成搪瓷，或在生產裝置的末端(約600℃)在較低溫度下形成搪瓷。SiO2可以是硅溶膠或火成二氧化硅形式。
塊體可包括一相，且涂層必須覆蓋與錫槽發(fā)生接觸的上表面和至少由相形成的磚體側表面的一部分。另外與錫槽發(fā)生接觸的上表面上設置一個或多個槽溝，槽溝將大尺寸上表面分割成多個較小的上表面。
按本發(fā)明方法制備這樣的耐火磚，其塊體由Al2O3-SiO2材料體系制成。經成型、干燥、灼燒、研磨成最終尺寸。在研磨后的尺寸上，在其與錫槽發(fā)生接觸的上表面上施加一層含有堿金屬硅酸鹽的涂層。涂層可通過刷涂、滾壓、噴涂等形式實施。
涂層可以如上這樣涂覆，耐火磚被安置在要使用的鋼結構中，但是還有另一可能，用焙燒法在與錫槽發(fā)生接觸的上表面上固定一涂層。它經歷了一個特殊的熱處理過程。如果在裝入平板玻璃制造裝置的鋼結構前塊體不得不較長時間受到潮氣的影響，這樣做特別有意義。
將通過優(yōu)選的實施方案進一步說明和描述本發(fā)明。附圖中

圖1為在第一實施方案中耐火磚的立體圖，且圖2為耐火磚的第二實施方案。
圖1中顯示的耐火磚1具有長方六面體或平行六面體形的塊體2。塊體2具有六個表面，即一個與錫槽發(fā)生接觸的表面3，4個側面4、5、6、7，以及一個底面8，底面朝向平板玻璃裝置的鋼結構內，鋼結構要裝有此耐火磚1。耐火磚1具有長邊9，寬邊10和高11，由于涉及大尺寸耐火磚，長邊9約1000mm，寬邊10約600mm，高11約300mm，自然這種大尺寸耐火磚1制造時也可有不同的尺寸。耐火磚1還有在高度方向通透的孔。在圖中僅以線12表示，此孔用來將耐火磚固定在鋼結構上，以防止耐火磚1在錫槽中浮起。
面向錫槽的上表面3，覆蓋了一層涂層13，可以通過刷涂，涂敷或通過噴涂覆蓋上去。涂層至少要擴展到表面3的全部區(qū)域。如果涂層遠擴展到上表面與側表面之間的邊角區(qū)以外也無壞處。重要的是全部上表面3要被覆蓋。
在圖2顯示的耐火磚1的實施方案中，顯示環(huán)繞著和錫槽發(fā)生接觸的表面3的邊區(qū)延伸相14，即一個斜的平面，它僅部分延伸到四個側面4、5、6和7上去。該環(huán)繞著表面3的相14設置在所有四個邊緣上。它可以是通過研磨的平行六面體形的塊體2而制成。相14在塊體高度11的方向上的深度大約為5-20mm。在長度9方向上和在寬度10方向上分別大約為1到8mm。這個尺寸是從研磨面相以前的棱邊算起的。相這里也有涂層13，它從面向錫槽的整個上表面3起一直擴展到所描述的4、5、6和7側面區(qū)。這里相14也同樣全部為涂層13所覆蓋。
這種耐火磚1的制造可通過二個實施方案加以說明。
實施例1耐火磚1用已知的方法成型，壓縮，將毛坯干燥，最后灼燒。然后按尺寸，優(yōu)選是通過研磨加工成最終的大小。接著至少在使用時面向錫槽的耐火磚上表面3涂上鈉型水玻璃溶液或鈉型水玻璃和硅酸鋁的混合物。硅酸鋁用顆粒直徑小于100微米的細粉。刷涂可分別通過用刷子或刮刀來完成。緊接著用一根尺子或類似的工具在涂層上拉刮，使涂層13盡可能的薄。水玻璃溶液或其混合物滲入到塊體2的開口孔中去。在某些地方滲入的深度可達約1毫米。緊接著是一個干燥過程，比如在100℃使上表面3上的涂刷物固定。這樣制成的耐火磚1裝到玻璃制造設備的鋼結構中去。根據不同的放置位置，在平板玻璃制造時有不同的表面溫度，其值在1200到600℃之間。此時錫槽中的原子鈉分別遷入刷涂層或涂層中去。
由于溫度的作用它們生成高粘度的玻璃層，它保持著薄薄的一層起著阻擋層作用，一方面它封住了孔，另一方面又通過上表面的孔固定該涂層。由于提供了過量的二氧化硅，并在涂層13中已有了堿金屬，所以迅速生成有搪瓷的區(qū)域，該區(qū)捕獲由錫槽遷移過來的鈉，并把鈉固定到搪瓷中去。由于搪瓷成為阻擋層保ち絲樘宀的基體不再受鈉的損害。
實施例2首先耐火磚1的制造和實施例1所述的一樣。在以涂刷形式敷上涂層13后緊接著是焙燒過程。最高燒到約1000℃。這樣硅酸鈉被熔化并不再和塊體的基體發(fā)生反應。如果耐火磚在裝到錫槽鋼結構中去以前要長期承受潮濕的大氣，這樣的焙燒過程是有利的。通過焙燒過程生成了搪瓷，它對濕氣就不再敏感了。符號1-耐火磚 8-底面2-塊體 9-長3-上表面 10-寬4-側面 11-高5-側面 12-線6-側面 13-涂層7-側面 14-相(phase)
權利要求
1.大尺寸耐火磚(1)，特別是由Al2O3-SiO2材料體系制成的錫槽底磚，它由具有與錫槽接觸的上表面(3)的塊體(2)組成，其特征在于塊體(2)的上表面(3)用一種含有堿金屬硅酸鹽的涂層(13)覆蓋，用以在塊體(2)的上表面(3)上形成阻擋層，由于與塊體(2)相比較這一層減少提供Al2O3而增加提供堿金屬和硅酸，該阻擋層適于生成搪瓷并作為從錫槽中捕集鈉的原料。
2.按權利要求1的耐火磚，其特征在于涂層(13)含有細顆粒大小形式的堿金屬硅酸鹽的硅鋁酸。
3.按權利要求1或2的耐火磚，其特征在于所述涂層(13)含有水玻璃或水玻璃溶液，特別是鈉型水玻璃和/或鉀型水玻璃。
4.按權利要求1到3之一的耐火磚，其特征在于涂層(13)以層盡可能的薄、最大厚度為1毫米的方式涂覆在塊體(2)的上表面(3)上。
5.按權利要求2的耐火磚，其特征在于在涂層(13)中，涂覆的堿金屬硅酸鹽的量為約50-60重量％，硅鋁酸的量為50到40重量％。
6.按權利要求1到5的之一的耐火磚，其特征在于涂層(13)除了含堿金屬硅酸鹽外，還含有SiO2。
7.按權利要求6的耐火磚，其特征在于SiO2以硅溶膠的形式或火成二氧化硅的形式存在。
8.按權利要求2到4的耐火磚，其特征在于塊體(2)包括一個相(14)和涂層(13)，涂層(13)覆蓋與錫槽發(fā)生接觸的上表面(3)且至少要覆蓋塊體(2)的由相(14)形成的側面(4，5，6，7)的部分。
9.生產按權利要求1到8之一項或多項的耐火磚的方法，借此塊體是由Al2O3-SiO2材料體系制成的，經成型、干燥、灼燒并研磨成所要求的尺寸，其特征在于經研磨成所要求的尺寸后，塊體(2)的與錫槽發(fā)生接觸的上表面(3)上被涂覆一層含有堿金屬硅酸鹽的涂層(13)。
10.按權利要求9的方法，其特征在于通過焙燒，涂層(13)固定在與錫槽發(fā)生接觸的上表面(3)上。
全文摘要
大尺寸耐火磚(1)，特別是由Al
文檔編號C03B18/16GK1156708SQ9611392
公開日1997年8月13日 申請日期1996年12月30日 優(yōu)先權日1995年12月28日
發(fā)明者漢斯·佩恰爾 申請人:Vgt工業(yè)陶瓷有限公司