[发明专利]一种石英质干式料及其制备方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种干法振动施工的以石英砂为主要原材料的石英质干式料，属于耐火材料领域。

背景技术

干式振动料是一种不需加水或液体结合剂，采用振动法成型的不定形耐火材料，简称干式料。干式料在外力振动作用下，可形成致密而均匀的整体，加热时靠热固性结合剂或烧结剂使其产生强度，广泛用于铸造行业中频炉等高温炉衬。

干式料的主要特点和要求为：(1)材料在振动力作用下易于流动，其中粉料在很小的振动力作用下即可充分填充颗粒堆积间的孔隙，获得具有较高充填密度的施工体；(2)使用前通过烘烤加热形成一层具有一定强度的工作面，而工作面的背面仍呈松散的粉料状态，即形成三层结构：第一层为强度较高、烧结良好的工作面；第三层为呈松散粉料状态的背面；第二层位于工作面与背面之间，呈半烧结状态；(3)在使用过程中，旧的工作面不断损毁，新的工作面不断形成，但始终保持三层结构。干式料的优点表现为：(1)这种材料用振动法现场施工，施工简便快捷、施工周期短；(2)三层结构有助于减少由于膨胀或收缩而产生的应力；有助于阻碍裂纹的扩散与延伸；有助于阻止金属熔体的侵入；便于残余炉衬拆解清理；(3)背面未烧结层导热率低，保温效果好；(4)由于不含水或液体结合剂，能耗较低。

干式料由耐火骨料、粉料、烧结剂、结合剂组成，根据主要原料材质分为酸性、中性和碱性干式料，石英质干式振动料是一种酸性振动料。

石英质干式料以石英砂为主要原料，其主要化学成分为SiO₂。众所周知，石英砂在不同温度下有α相、β相等七种变体，各变体之间转变时伴随有体积变化，这些性质直接关系到石英质干式振动料烘烤制度及其使用寿命。

传统石英质干式振动料制造过程分两步进行：第一步是生产厂家直接把石英砂矿石破碎加工成所需粒径的原料；第二步把不同粒度的石英砂，按照一定的配比与结合剂在搅拌机内混匀，包装制得成品。这种干式料所用石英砂没有做相变预处理，添加的烧结剂一般采用硼酸，这样生产出来的石英质干式振动料会带来了以下缺点：

(1)烤炉时间较长，耗能大，成本高。

众所周知，石英砂在升温过程中由β-石英相逐步转化为α-石英相、α-方石英相等，这种晶型转变伴有较大的体积变化。天然石英砂若直接用来生产干式振动料，在烘烤时不但要求温度必须缓慢，并且在石英晶型转变温度区间要长时间保温，总的升温时间一般需要20个小时以上，有些厂家烘炉时间长达60个小时。这样就会消耗大量的能量。

(2)生产效率低。

由于炉衬在烤炉时需要较长的时间，因此炉子的周转速度就降低，这就会造成生产效率低。

(3)石英质炉衬在烤炉时，或者在使用过程中，如果升温速度温度控制不好，可能造成石英砂剧烈相变，破坏了炉衬的整体结构，炉衬烧结不好，势必影响炉衬寿命。

(4)传统的石英砂干式振动料大都是采用硼酸来做烧结剂，硼酸的化学分子式为H₃BO₃。将硼酸加热致100℃，由于不断地失去水分，它首先变成偏硼酸，再继续加热，水被脱净生成氧化硼。烘炉时硼酸结合水的析出，产生的大量水汽会在中频炉感应线圈上凝结成水，严重时会导致炉子无法开炉。

假如将石英砂在破碎前进行相变预处理，并选用合适的复合烧结剂，可减小石英砂因相变而产生的体积急剧膨胀，将能较好的解决以上问题。

发明内容

本发明提出了一种经相变预处理的石英砂干式振动料及其制造方法。

本发明是通过以下两个技术手段来实现的：

(1)将天然石英砂进行焙烧处理，完成相变化。

天然石英砂中SiO₂的结晶形态是β-石英相，在加热到573℃时转变α-石英相，并伴有0.82％的体积膨胀；在870℃左右时α-石英相向α-鳞石英相转变，体积膨胀10％左右。通过将天然石英砂进行焙烧处理，完成了石英砂因相变化而产生的体积变化。

(2)添加合适的复合烧结剂，保证石英砂相变是在有液相的环境下进行，可以缓冲体积变化引起的结构应力。

具体而言，本发明提供的一种干式振动料通过如下技术方案来实现：

第一步：将天然石英砂进行相变预处理，在900℃以上焙烧制得相变石英砂；

第二步：将相变石英砂破碎成合适粒径的相变石英砂颗粒和细粉；

第三步：生产石英质干式振动料：

用于制备所述石英质干式料原料组成的重量百分数为：

相变石英砂颗粒65～80％

相变石英砂细粉35～20％