梯度氣孔玻璃旋轉管及其製備方法與流程
2024-04-15 04:12:05
1.本發明涉及玻璃製品技術領域，尤其是涉及一種梯度氣孔玻璃旋轉管及其製備方法。
背景技術：
2.莫來石晶體一般呈針狀、柱狀，在旋轉管結構中，這些針狀莫來石相穿插形成堅固的骨骼網絡，這種網絡結構能夠使莫來石與周圍的材料緊密地結合在一起，其耐火度高、熱膨脹係數低，熱震穩定性好。但是莫來石在玻管成型過程中，容易受到熔融玻璃液的侵蝕，而且侵蝕現象比較嚴重。
3.為了改善莫來石旋轉管的侵蝕問題，常用的替代材料是鋯剛玉旋轉管，鋯剛玉由於表面緻密，可以抵抗玻璃液的侵蝕，但是鋯剛玉的熱震性能較差。
4.如何在保持旋轉管抗侵蝕能力的同時改善熱震性成為我們亟待研究的課題。
技術實現要素：
5.本發明提供了一種梯度氣孔玻璃旋轉管及其製備方法，以緩解現有的莫來石旋轉管抗侵蝕能力較差，鋯剛玉旋轉管抗熱震性較弱的技術問題。
6.為了緩解上述技術問題，本發明提供的技術方案在於：
7.一種梯度氣孔玻璃旋轉管，沿徑向方向自內而外具有基體層、中間層和表層；
8.所述基體層的原料以質量份計包括：
9.莫來石微粉20-60；
10.紅柱石微粉5-10；
11.白剛玉微粉10-15；
12.cr2o3微粉4-10；
13.粘結劑1-4；
14.所述中間層的原料以質量份計包括：
15.莫來石微粉20-40；
16.紅柱石微粉5-10；
17.白剛玉微粉0-8；
18.cr2o3微粉4-10；
19.氮化矽微粉2-10；
20.碳化矽微粉2-10；
21.金剛石顆粒4-8；
22.粘結劑1-4。
23.更進一步地，
24.所述表層的原料以質量份計包括：
25.鋯石粉10-50；
26.白剛玉微粉0-8；
27.cr2o3微粉4-10；
28.氮化矽微粉2-10；
29.碳化矽微粉2-10；
30.金剛石顆粒4-15；
31.粘結劑1-4。
32.更進一步地，
33.所述粘結劑為聚乙烯醇或水。
34.更進一步地，
35.所述基體層的顯氣孔率大於所述中間層的顯氣孔率。
36.更進一步地，
37.所述中間層的顯氣孔率大於所述表層的顯氣孔率。
38.一種梯度氣孔玻璃旋轉管的製備方法，包括如下步驟：
39.稱量原料混勻後製備得到基體層漿料和中間層漿料；
40.在圓柱形模具的外表面塗覆基體層漿料，燒結成型；
41.在基體層表面塗覆中間層漿料，燒結成型。
42.更進一步地，
43.稱量原料混勻後製備得到表層漿料；
44.在中間層漿料表面塗覆表層漿料，燒結成型。
45.更進一步地，
46.在圓柱形模具的外表面塗覆基體層漿料，燒結成型的溫度為1100-1400℃。
47.更進一步地，
48.在基體層表面塗覆中間層漿料，燒結成型的溫度為1200-1500℃。
49.更進一步地，
50.在中間層漿料表面塗覆表層漿料，燒結成型的溫度為1400-1600℃。
51.本發明提供的梯度氣孔玻璃旋轉管所能實現的技術效果分析如下：
52.本發明中的旋轉管在徑向方向上由內而外依次設置有基體層、中間層和表層，其中：
53.基體層含有較多的莫來石微粉，因此存在大量的氣孔，並且，在基體層原料中添加了紅柱石微粉，紅柱石在燒結過程中存在體積膨脹，在合適的燒結溫度條件下，體積膨脹的紅柱石會擠壓莫來石，使得莫來石的空隙變小。
54.表層添加有鋯石粉，鋯石粉燒結後可以在表面形成較為緻密的表面結構，另外，在表層原料中，還添加有氮化矽微粉、碳化矽微粉，氮化矽微粉、碳化矽微粉在燒結過程中，會氧化形成氣態氧化矽，氣態氧化矽在表層形成氣孔結構。金剛石在燒結過程中，會氣化形成空隙結構，配合氮化矽、碳化矽，在表層形成氣孔結構。
55.中間層屬於表層和基體層的過渡材料，加入了莫來石粉、紅柱石、氮化矽、碳化矽和金剛石，燒結得到的氣孔率介於基體層和表層之間。
56.斷裂是由內部的熱應力引起的，熱分布不均是熱應力的來源之一，其主要表現是表面與內部的溫差，表面與內部溫差大則熱應力大，溫差小則熱應力小，溫差與導熱效率這
一指標有關，徑向方向上具有梯度分布的氣孔，有助於調節導熱效率，本方案可以通過表層、中間層和基層的梯度分布氣孔，調節導熱效率進而改善熱應力分布，熱應力分散有助於提高旋轉管的抗熱震性能。
57.綜上，本發明能夠一方面保留鋯剛玉旋轉管耐腐蝕性能好的優勢，同時通過氣孔梯度調節，使得旋轉管整體的抗熱震性能得到改善。
具體實施方式
58.本實施例中對樣品進行了顯氣孔和體積密度測試，本實驗按照gb7321-2004《定形耐火製品試樣製備方法》製備所需試樣，按照gb/t2997-2000《緻密定形耐火製品-體積密度、顯氣孔率和真氣孔率實驗方法》
59.表一基體層的顯氣孔率測試(質量份)
[0060][0061]
基體層的顯氣孔率在18.71-19.84％這個範圍，並且加入紅柱石後，旋轉管的氣孔率有所降低。
[0062]
表二中間層的顯氣孔率測試(質量份)
[0063][0064]
中間層的顯氣孔率在15.61-18.1％這個範圍。
[0065]
l2-1中未添加氮化矽、碳化矽和金剛石，l2-2中添加了氮化矽和碳化矽，l2-3中添加了金剛石，l2-4中添加了氮化矽、碳化矽和金剛石。從實驗數據中可以得知，僅添加氮化矽和碳化矽，或者僅添加金剛石都有助於提高氣孔率，但是同時添加氮化矽、碳化矽和金剛石提高氣孔率的效果更好，氮化矽、碳化矽和金剛石的協同作用有助於提高氣孔率。
[0066]
表三表層的顯氣孔率測試(質量份)
[0067][0068]
表層的顯氣孔率在8.97-14.53％這個範圍，相對於基層和中間層，顯氣孔率降低。
[0069]
l3-1中的主要成分是鋯石粉，且未添加氮化矽、碳化矽和金剛石。l3-2中添加了氮化矽和碳化矽，l3-3中添加了金剛石，l3-4中同時添加了氮化矽、碳化矽和金剛石。
[0070]
從實驗數據中可以得知，氮化矽、碳化矽和金剛石的協同作用相對於l3-1，有助於提高氣孔率。
[0071]
抗熱震性實驗
[0072]
抗熱震性採用急冷急熱循環法，將標準磚的一端放入爐內加熱到規定溫度，保溫一段時間後立即取出放入流動的冷水中，循環往復，直到測試斷面破損率達到50％。
[0073]
以下
×
表示未達到50％的破損率，√表示達到了50％的破損率。
[0074]
表四基體層的熱震性實驗
[0075][0076]
從上述實驗結果可知：基體層可以抵抗28-30次的熱震循環而不破裂。
[0077]
表五中間層的熱震性實驗
[0078][0079]
從上述實驗結果可知：中間層可以抵抗20-26次熱循環。
[0080]
表六表層的熱震性實驗
[0081][0082]
從上述實驗結果可知：表層可以抵抗14-20次的熱循環。
[0083]
表八梯度氣孔玻璃旋轉管整體抗熱震性
[0084][0085]
其中，表八中的旋轉管中，基體層採用l1-2中的組分，中間層採用l2-4中的組分，表層採用l3-4中的組分，其可以抵抗26次熱震，顯著高於現有的鋯剛玉旋轉管(現有的鋯剛玉旋轉管只能抵抗19-20次的熱震)。
[0086]
機理分析如下：
[0087]
本發明中的旋轉管在徑向方向上由內而外依次設置有基體層、中間層和表層，其中：
[0088]
基體層含有較多的莫來石微粉，因此存在大量的氣孔，並且，在基體層原料中添加了紅柱石微粉，紅柱石在燒結過程中存在體積膨脹，在合適的燒結溫度條件下，體積膨脹的紅柱石會擠壓莫來石，使得莫來石的空隙變小。
[0089]
表層添加有鋯石粉，鋯石粉燒結後可以在表面形成較為緻密的表面結構，另外，在表層原料中，還添加有氮化矽微粉、碳化矽微粉；氮化矽微粉、碳化矽微粉在燒結過程中，會氧化形成氣態氧化矽，氣態氧化矽在表層形成氣孔結構。金剛石在燒結過程中，會氣化形成空隙結構，配合氮化矽、碳化矽，在表層形成氣孔結構。
[0090]
中間層屬於表層和基體層的過渡材料，加入了莫來石粉、紅柱石、氮化矽、碳化矽和金剛石，燒結得到的氣孔率介於基體層和表層之間。
[0091]
本方案通過調控表層、中間層和基體層的氣孔率，使得基體層的氣孔相對於莫來石旋轉管減少，表層的氣孔相對於鋯剛玉旋轉管增加，中間層起到過渡作用。
[0092]
調節氣孔率有助於改善熱震性能，理由在於：
[0093]
斷裂是由內部的熱應力引起的，熱分布不均是熱應力的來源之一，其主要表現在表面與內部的溫差，表面與內部溫差大則熱應力大，溫差小則熱應力小，溫差與導熱效率這一指標有關，徑向方向上具有梯度分布的氣孔，有助於調節導熱效率，本方案可以通過表層、中間層和基層的梯度分布氣孔，調節導熱效率進而改善熱應力分布，從而提高了抗熱震性能。
[0094]
本發明能夠一方面保留鋯剛玉旋轉管耐腐蝕性能好的優勢，同時通過氣孔梯度調節，使得旋轉管整體的抗熱震性能得到改善。
[0095]
實施例二
[0096]
本實施例提供了一種梯度氣孔玻璃旋轉管的製備方法，包括如下步驟：
[0097]
稱量原料混勻後製備得到基體層漿料、中間層漿料和表層漿料；
[0098]
在圓柱形模具的外表面塗覆基體層漿料，燒結成型；
[0099]
在基體層表面塗覆中間層漿料，燒結成型；
[0100]
在中間層漿料表面塗覆表層漿料，燒結成型。
[0101]
其中：
[0102]
在圓柱形模具的外表面塗覆基體層漿料，燒結成型的溫度為1100-1400℃。
[0103]
在基體層表面塗覆中間層漿料，燒結成型的溫度為1200-1500℃。
[0104]
在中間層漿料表面塗覆表層漿料，燒結成型的溫度為1400-1600℃。
[0105]
最後應說明的是：以上各實施方式僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施方式對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施方式所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施方式技術方案的範圍。