熔制玻璃用坩埚抗热震性的改进

对烧后试样进行了体积密度 、显气孔率 、原始
抗折强度σ0 、1 次热震后强度 σ1 、3 次热震后强度 σ3 、5 次热震后强度σ5的测定 。试样在电炉中加热
至 1100 ℃保温 1 h ,从电炉中取出 ,风冷至室温 ,此
为 1 次热震 。测试 1 次热震后试样的抗折强度 ,即 为σ1 。同理 ,测出 σ3和 σ5 。试样的性能测定结果 示于表 4 。
3. 1 性能测定
Ξ 王志发 :男 ,1952 年生 ,副教授 。 收稿日期 :2002 - 02 - 23
编辑 :李光辉
2002/ 3 耐火材料 / NAIHUO CAILIAO 163
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样的试验配方示于表 3 。
原 料
表 2 原料破碎后的粒度分布 ( w )
%
1. 651～ 0. 833～ 0. 833 mm 0. 351 mm
0. 351～ 0. 141 mm
≤0. 141 mm
生焦宝石 熟焦宝石 蜡 石
42. 21 47. 72 42. 40
24. 13 23. 38 22. 12
A - 3 样由于加入了蓝晶石细粉 ,其 σ0 、σ1 、σ3 、 σ5均比 A - 1 的高得多 ,且 1 次热震后的抗折强度σ1 比原始抗折强度σ0还高 ,热震后的强度损失相当小 , 5 次热震后强度保持率 > 96 % ,抗热震性优良。
蓝晶石在 1300 ℃发生的莫来石化伴随 16 % ～18 %的体积膨胀 。试样中引入的少量蓝晶石细 粉 ,高温时的体积膨胀减小了基体的粘土类物料的 收缩效应 ,相应也减小了试样内部存在的较大的裂 纹 。同时 ,高温时蓝晶石细粉在基体中产生的众多 微裂纹 ,也有利于烧结体抗热震性的提高 。
叶蜡石加热过程中体积非但不收缩 ,反而略有 膨胀 ,这与配合料中粘土类物料很大的加热收缩效 应相反 。大粒径蜡石颗粒阻碍着粘土物料的加热 收缩 ,显微结构观察发现 ,颗粒附近存在较大的裂 纹 。由于大颗粒蜡石高温分解后产物强度低 ,以及 和基体之间存在较大的裂纹 ,烧结体经受较大温差 时 ,易由此处发生热震断裂 。
坩埚使用中的热震损毁主要源于坩埚更换时 所受的热冲击 ,以及玻璃熔制过程的周期工作方 式 。坩埚炉更换坩埚时 ,新坩埚的表面由预热温度 800 ℃骤升至 1550 ℃左右 ;玻璃熔制的周期工作 过程中 ,新的玻璃配料加入至坩埚后 ,坩埚内表面 温度骤降 ,其热震温差也相当大 。本工作在原有坩 埚制备工艺基础上 ,调整坩埚的配方组分以及减小 蜡石粒径 ,以寻求提高坩埚抗热震性的途径 。
38. 45 27. 78 35. 71 28. 14 29. 05 57. 45
0. 83 0. 51 1. 03 1. 25 1. 34 0. 49
14. 28 5. 15 14. 19 10. 61 14. 90 1. 50
2 试验过程
苏州土 、舒兰土 、高邑土和蓝晶石的粒度均 ≤
0. 141 mm ,其余各原料的粒度分布见表 2 。坩埚试
1 原料
试验所用原料有山东焦宝石生料与熟料 、福建
蜡石 、苏州土 、吉林舒兰土 、河北高邑土 、河南蓝晶
石 。表 1 给出了原料的化学组成 。
原料 SiO2 Al 2O 3 Fe2O3 I. L .
表 1 原料的化学组成 ( w )
%
生焦宝石 蜡石 苏州土 舒兰土 高邑土 蓝晶石
45. 37 65. 59 47. 83 56. 52 53. 96 38. 56
21. 60 17. 34 16. 82
12. 06 11. 56 18. 66
表 3 试验配方 ( w )
%
配方号
熟焦 宝石
生焦 宝石
蜡石
苏州土
舒兰土
高邑土
蓝晶石
A - 1 32 18 24
12
8
A - 2 42 18 14
12
8
A - 3 32 18 24
Hale Waihona Puke Baidu12
8
B - 1 32 18 24
12
将粘土类物料放入盛有定量水的容器中 ,密封 放置 24 h ,再加入颗粒料搅拌均匀 ,密封放置 24 h 。 泥料含水量 8 %。泥料成型前再搅拌均匀 ,用液压 成型机成型 ,成型压力为 5 MPa 。成型后的试样室 温放置 48 h 。试样烧成温度为 1550 ℃,保温 1 h 。
3 结果与分析
Improvement of thermal shock re sistance of crucible for gla ss smelting / Wang Zhifa/ / Naihuo Cailiao . 2002 ,36 (3) :163 Bas e d on the f ormulation of the currently us e d cla y - p yrop hyllit e bas e d crucible , the eff e cts of grain size and a ddition of p yrop hyllit e on thermal s hock resis t anc e of the crucible w ere res e arche d . It is f ound that both of re ducing the grain size and the a ddition of p yrop hyllit e c an imp rove the thermal s hock resis t anc e of the cru2 cible , but the f ormer is more eff e ctive . The thermal s hock resis t anc e of the crucible c an als o be imp rove d ap2 p arently by a dding a s mall a mount of kyanit e p ow der. Key words :Crucible , Thermal s hock resis t anc e , Glas s s melting , Clay , Pyrop hyllit e Author’s addre ss :Dep artment of Mat erials Engine ering , He bei Ins titut e of Te chnology , Tangs han 063009 , Chi2 na
配方号 A- 1
表 4 试样的物理性能
体积密度 显气孔率 热震后抗折强度/ MPa
/ (g·cm - 3)
/%
σ0
σ1
σ3
σ5
2. 10
12
21
15
14
13
A- 2 A- 3
2. 13 2. 17
10
23
22
22
20
9
29
34
29
28
B- 1 B- 2
2. 00 2. 18
14
16
9
9
8
8
29
27
玻璃坩埚是熔制光学玻璃 、艺术玻璃 、器皿玻璃 等特定性能玻璃的高温材料 ,是坩埚炉的主要工作 部件 ,其材质多为粘土 - 蜡石质。坩埚炉持续工作 温度为 1550 ℃左右 ,坩埚在使用中的损毁可归为热 震开裂及玻璃液侵蚀两个方面 ,特别是热震开裂的 危害最大 ,可使坩埚的使用寿命大大降低。因此 ,热 震损毁成为制约坩埚质量与生产效益的关键因素 。
4 结论
(1) 在配料中引入少量的蓝晶石细粉 ,试样的 抗热震性明显提高 。
(2) 减小蜡石的粒径与加入量均可提高试样的 抗热震性 ,而减小蜡石粒径对提高试样的抗热震性 更有效 。
(3) 配料中粘土用量在一定程度内的变化 ,对 试样的抗热震性影响不大 。
参与本课题试验工作的人员还有 :李雷 、冯晓 。
NAIHUO CAILIAO / 耐火材料 2002 , 36 ( 3 ) 163～ 164
生产应用
熔制玻璃用坩埚抗热震性的改进
□ 王 志 发
河北理工学院材料工程系 唐山 063009
摘 要 在粘土 - 蜡石质玻璃用坩埚的配方基础 上 ,研究了蜡石的粒径和加入量的变化对试样抗热 震性的影响 。结果发现 :减小蜡石的粒径与加入量 均可提高试样的抗热震性 ,但减小蜡石粒径对提高 试样的抗热震性更有效 ;在配料中引入少量的蓝晶 石细粉 ,可明显提高试样的抗热震性 。 关Ξ 键词 坩埚 ,抗热震性 ,玻璃熔制 ,粘土 ,叶蜡石
164 NAIHUO CAILIAO / 耐火材料 2002/ 3
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比较 A - 1 、A - 2 、B - 1 、B - 2 的性能 ,蜡石的 粒径比加入量对试样的性能影响程度大得多 。这 一点从表 4 可清楚地看出 :B - 2 配方的σ0 、σ1 、σ3 、 σ5比 A - 2 配方的高得多 。 3. 2. 2 粘土加入量对抗热震性的影响
虽然 C - 1 与 C - 2 试样的粘土用量差别较 大 ,但是二者的性能差别较小 ,而且接近 A - 1 试 样的性能 。可见粘土的加入量对试样的抗热震性 能影响不大 。 3. 2. 3 蓝晶石的引入对抗热震性的影响
8
B - 2 32 18 24
12
8
C - 1 36 19 27
9
5
C - 2 28 17 21
15
11
6
-
6
-
6 8 (外加)
6
-
6
-
4
-
8
-
各试验配方的特点如下 :A - 1 为试验基础配 方 ;A - 2 中减少蜡石量 ,增加熟焦宝石量 ;A - 3 中 外加 8 %蓝晶石 ;B - 1 中蜡石以 1. 651～0. 833 mm 的颗粒加入 ;B - 2 中蜡石以 0. 351～0. 147 mm 的 颗粒加入 ;C - 1 中粘土总量由 26 %减少为 18 % ;C - 2 中粘土总量由 26 %增加为 34 %。
27
25
C- 1
2. 12
10
21
15
13
12
C- 2
2. 12
11
20
16
14
12
3. 2 结果分析 3. 2. 1 叶蜡石加入量和粒径对抗热震性的影响
由以上试验结果可知 ,蜡石的加入量大或粒径 大 ,则试样的抗热震性差 。这与叶蜡石的加热行为 有关 。叶蜡石的分子式为 Al2O3·4SiO2·H2O ,加热 至 500 ℃以上 ,开始脱水 ,至 700 ℃左右叶蜡石的 脱水分解基本完成 。叶蜡石脱水后仍保持原结构 形态 ,1000 ℃以上发生莫来石化反应及石英的晶 型转化 ,产生 1. 7 %～2. 1 %的体积膨胀 。