專利名稱：玻璃熔爐用耐火材料系統的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及玻璃熔爐用耐火材料。更具體地說，本發明涉及用于玻璃熔爐襯里的硅膠耐火材料。
背景技術：
玻璃熔爐是用于熔化和容納玻璃的容器形狀的具有耐火襯里的容器。在熔化工藝中，將輸入的制玻璃的原料加熱至大約2800°F(1550℃)。制玻璃的原料通常包括碎玻璃和配料的混和物。碎玻璃是來自于制造過程中的破碎玻璃。配料包括砂子(二氧化硅)，石灰(石灰石或還原為氧化鈣的碳酸鈣)，無水碳酸鈉(氧化鈉)，有時還有其它的原料，諸如長石，芒硝和金屬氧化物。在熔化工藝期間，碎玻璃首先熔化以增加傳送給配料的熱量并且減少熔化時間。
玻璃熔爐包括坩堝爐，玻璃熔爐或池爐等等。坩堝爐具有一個坩堝或碗狀外形構造，并且通常用于熔化較少量的玻璃。玻璃熔爐從較小的常用熔爐到較大的連續熔化熔爐都有。常用熔爐經常充滿用于過夜熔化的制玻璃的原料。連續熔化熔爐是大的爐，其中制玻璃的原料在一端填充，熔化，并流向另一端以便移除。玻璃熔爐通常構造為具有在鋼架之內的分離的耐火磚或塊。該塊安裝在一起而不用砂漿，并且典型的擺成矩形形狀來容納熔融的玻璃。來自于鋼架和外部塊的機械壓力使塊保持在一起。玻璃熔爐通常具有回熱室來預熱助燃空氣以取得更高的火焰溫度。
耐火塊通常受到來自熔融玻璃和制玻璃的原料供料的相當嚴重的磨損。熔融玻璃具有高腐蝕性。耐火塊通常是由含有氧化鋁、氧化鋯和二氧化硅(AZS)的復合粘土構成。AZS耐火塊是由熔融的原料鑄模而制成的，其在硬化之后經機械加工。
在連續熔化熔爐中，熔化工藝持續進行基本上不間斷直至熔爐不能再用。在熔化工藝期間，耐火塊會有深深的劃痕并且在熔融玻璃腐蝕或溶解耐火材料的地方會產生磨損點或部分。磨損點通常一直生長到該耐火材料不能容納熔融的玻璃。磨損點會縮短玻璃熔爐的使用壽命并且這種情況經常是無法預知的，因而中斷了熔融玻璃的生產。
發明內容
本發明提供了一種玻璃熔爐用耐火材料組合物。耐火組合物包括，與二氧化硅粘合劑混合的第一組組分。第一組組分包括氧化鋁、氧化鋯和二氧化硅。得到的耐火材料可以制作成耐火塊或直接在玻璃熔爐的磨損部分上面形成。耐火材料可以通過鑄造、泵送或噴漿法的方法形成。
對于本領域的熟練人員而言，通過檢驗下述的附圖和詳細描述，本發明的其它系統、方法、特征和優點將會是或將會變得明顯。所有這種附加的系統、方法、特征和優點將包括在本說明書、本發明的范圍內，并受到所附權利要求書的保護。
參考下述附圖和詳細描述，本發明可以被更好的理解。附圖中的部件無需按比例，重點放在說明本發明的原理上。此外，在整個不同的視圖中，圖中相同的參考數字代表相應部分。
圖1是代表本發明的一個實施方案，具有硅膠耐火材料系統的玻璃熔爐的局部透視圖。
具體實施例方式
圖1代表帶有耐火材料系統的玻璃熔爐或熔爐100的局部透視圖。玻璃熔爐100可以具有額外的特征和部件諸如熔化和精煉室、回熱器、燃燒器等等，這些未示出。玻璃熔爐100具有支撐爐床104和側壁106的框架102。框架102由鋼板和梁構成，并且可以含有其它適合用于玻璃熔爐的材料。側壁106從爐床104垂直延伸形成用于熔化和容納玻璃的容器形狀。爐床104具有一個或更多耐火材料的爐床襯里108。側壁106也具有一個或更多耐火材料的側壁襯里。襯里可以具有相同或不同的耐火材料。耐火材料是磚、塊或單片構造。塊包含氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅，其組合，或另一種適合玻璃熔爐用的耐火材料。塊也可以包含二氧化硅粘合劑。玻璃熔爐100還具有在爐床104的磨損部分上面形成的補丁襯里110。磨損部分可能位于沿玻璃熔爐內側的任何地方，包括爐床和側壁以及熔融玻璃之上或之下。在爐床104和/或側壁106上可能有一個或更多補丁襯里。補丁襯里110包含耐火材料，諸如硅膠耐火材料。當具體構造示出時，玻璃熔爐100可以具有其它構造，包括帶有更少或額外部件的那些玻璃熔爐。
在一個實施方案中，耐火材料包含二氧化硅粘合劑與第一組組分的混合物。二氧化硅粘合劑基于第一組組分的干重計，在大約5％(重量)至大約20％(重量)范圍內，優選基于第一組組分的干重計在6％和12％(重量)之間。在一個實施方案中，粘合劑是硅膠粘合劑。第一組組分包括氧化鋁(Al2O3)，氧化鋯(ZrO2))，和二氧化硅(SiO2)。第一組組分可以是干的或濕的，并且還可以包括其它礦物質，固化劑如氧化鎂(MgO)，和/或流動調節劑。
氧化鋁、氧化鋯和二氧化硅提供強度和耐蝕性。氧化鋁可以由高鋁含量的集臺體提供，諸如剛玉或白色熔融氧化鋁提供。氧化鋁也可以是反應性的或煅燒的。氧化鋯可以由鋯石粉或含氧化鋯的材料提供。二氧化硅可以由富鋁紅柱石(硅酸鋁)，微粒硅，硅膠等等提供。
二氧化硅粘合劑將第一組組分以單片狀形式保持或粘合在一起。在一個實施方案中，粘合劑是硅膠粘合劑。該硅膠粘合劑包含在水中的硅膠，其中硅膠在大約15％(重量)至大約70％(重量)范圍內。在一個實施方案中，硅膠的平均粒徑可在大約4納米至大約100納米范圍之內。
第一組組分包括大約50％(重量)(wt％)至大約70wt％的氧化鋁，大約10至大約25wt％的鋯石，和大約15至大約35wt％富鋁紅柱石。優選，第一組組分包括大約55wt％至大約6wt％氧化鋁，大約15至大約20wt％鋯石，和大約21至大約27wt％富鋁紅柱石。可以使用其它比例的第一組組分。第一組組分可以包括其它化合物諸如大約0.1％(重量)的氧化鎂。可以調整氧化鎂的量來增加或減少膠體系統耐火材料的固化時間。第一組組分也可以包含流動調節劑來增強或改變流動性能，從而在固化之前形成該硅膠耐火材料。可以在加入硅膠粘合劑之前，混合第一組組分。得到的耐火材料包含大約65至大約80wt％氧化鋁，大約7至大約15wt％氧化鋯，和大約10至大約20wt％二氧化硅。
為了說明的目的，而不是為了加以限制，表1提供了用于硅膠耐火材料系統的第一組組分的示范類型和比例。
表1
這些組分在市場上能從Alcon和其它供應商處買到。在與硅膠粘合劑混合之前，可以將第一組組分混合在一起。在與硅膠粘合劑混合前，第一組組分也可以是濕的或干的。該混合物固化成為硅膠耐火材料，其包含大約72.5％(重量)的氧化鋁，大約11.2％(重量)的氧化鋯，和大約15.6％(重量)的二氧化硅。該硅膠耐火材料可以鑄造成塊以便隨后用于玻璃熔爐中，或可以直接形成在玻璃熔爐的磨損部分上。在磨損部分上可以使用一種或更多的耐火材料形成方法形成硅膠耐火材料，諸如鑄造、泵送或噴漿法(shotcreting)(使用促凝劑的無定型泵送)。可以在側壁或爐床的一個或更多的部分上形成硅膠耐火材料。可以直接在磨損部分上形成硅膠耐火材料，而無需更換玻璃熔爐的耐火材料塊。
已經描述和說明了本發明的各種各樣的實施方案。然而，這些描述和說明僅是舉例。其它的實施方案和實施也可能在本發明的范圍之內，并且對于本領域普通熟練人員來說將是明顯的。因此，本發明不限制在本說明書中的具體細節，有代表性的具體實施方案，和說明性舉例中。所以，除必需依據權利要求書和等價的保護范圍之外，本發明不受限制。
權利要求
1.一種耐火材料組合物，包含一種二氧化硅粘合劑和第一組組分，第一組組分包含氧化鋁、氧化鋯和二氧化硅，其中二氧化硅粘合劑占第一組組分干重的大約5wt％至大約20wt％范圍之內。
2.根據權利要求1的耐火材料組合物，其中第一組組分包含大約50至大約70wt％的氧化鋁，大約10至大約25wt％的鋯石，和大約15至大約35wt％的富鋁紅柱石。
3.根據權利要求1的耐火材料組合物，其中第一組組分包含大約55至大約60wt％的氧化鋁，大約15至大約20wt％的鋯石，和大約21至大約27wt％的富鋁紅柱石。
4.根據權利要求2的耐火材料組合物，其中二氧化硅粘合劑是一種含水硅膠粘合劑。
5.根據權利要求4的耐火材料組合物，其中硅膠粘合劑占第一組組分干重的大約8wt％至大約12wt％范圍之內。
6.根據權利要求1的耐火材料組合物，進一步包含固化劑。
7.根據權利要求6的耐火材料組合物，其中固化劑是氧化鎂。
8.根據權利要求1的耐火材料組合物，其中耐火材料組合物在玻璃熔爐的至少一個磨損部分上形成。
9.根據權利要求1的耐火材料組合物，其中耐火材料組合物包含大約65至大約80wt％的氧化鋁，大約7至大約15wt％的氧化鋯，和大約10至大約20wt％的二氧化硅。
10.根據權利要求1的耐火材料組合物，其中耐火材料組合物包含大約70至大約75wt％的氧化鋁，大約9至大約13wt％的氧化鋯，和大約13至大約17wt％的二氧化硅。
11.一種玻璃熔爐用耐火材料組合物，包含大約70至大約75wt％的氧化鋁，大約9至大約13wt％的氧化鋯，和大約13至大約17wt％的二氧化硅，其中至少一部分二氧化硅由硅膠粘合劑提供。
12.一種制備玻璃熔爐用耐火材料的方法，包括提供一種包含一種二氧化硅粘合劑和第一組組分的耐火材料組合物，其中第一組組分包含氧化鋁、氧化鋯和二氧化硅；和在熔爐表面上形成耐火材料組合物。
13.權利要求12的方法，其中第一組組分包含大約50至大約70wt％的氧化鋁，大約10至大約25wt％鋯石，和大約15至大約35wt％的富鋁紅柱石。
14.權利要求13的方法，其中二氧化硅粘合劑是占第一組組分干重的大約5wt％至大約20wt％范圍內的含水硅膠粘合劑。
15.權利要求14的方法，進一步包括將第一組組分和含水二氧化硅粘合劑混合的步驟。
16.權利要求13的方法，其中耐火材料組合物是通過鑄造形成的。
17.權利要求13的方法，其中耐火材料組合物是通過泵送形成的。
18.權利要求13的方法，其中耐火材料組合物是通過噴漿法形成的。
19.權利要求14的方法，其中耐火材料組合物進一步包含固化劑。
全文摘要
玻璃熔爐用耐火材料系統，包含氧化鋁、氧化鋯和與二氧化硅粘合劑混合的二氧化硅。耐火材料可以形成為耐火材料塊或直接在玻璃熔爐的磨損部分上形成。可以采用鑄造、泵送或噴漿法方法形成耐火材料。
文檔編號C03B1/00GK1532155SQ200310124639
公開日2004年9月29日 申請日期2003年12月10日 優先權日2002年12月10日
發明者M·W·安德森, M W 安德森 申請人:馬格涅科/梅特雷爾公司