專利名稱：一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法
技術領域：
本發(fā)明中微晶材料輕質型軌枕是一種硅酸鹽制品，屬于硅酸鹽行業(yè)產品，特別是涉及一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法。
背景技術：
1、軌枕現(xiàn)狀
軌枕是承載物體，是用于鐵路、專用軌道走行設備鋪設和承載設備鋪墊的材料。其功能承受來自鋼軌的各向壓力，并彈性地傳布于道床，有效地保持軌道的幾何形位，特別是軌距和方向。對軌枕的要求具有必要的堅固性、彈性和耐久性，并能便于固定鋼軌，具有抵抗縱向和橫向位移的能力。軌枕分類木制枕木、鋼筋混凝土枕木、鋼制枕木、復合材料枕木。木枕由木材制成的軌枕。又稱枕木，防腐木枕，也叫注油枕木。制作木枕須選用堅韌而富有彈性的木材。木枕按用途可分為普通木枕、岔枕、橋枕。普通木枕標準長度為2 .5 m，其斷面形狀分為I、II兩類，用于不同等級的線路上。木枕具有彈性好、易于加工、使用方便等優(yōu)點。自有鐵路以來，木枕就是軌枕的主要類型。木枕優(yōu)點易加工、運輸、鋪設、養(yǎng)護維修，彈性好，可緩沖列車的動力沖擊作用，與鋼軌聯(lián)結較簡單，良好的絕緣性；缺點消耗大量優(yōu)質木材，價格較高，易腐蝕、磨損，使用壽命短，強度、彈性不均
鋼筋混凝土軌枕，使用壽命長，穩(wěn)定性高，養(yǎng)護工作量小，損傷率和報廢率比木枕要低得多。 在無縫線路上，鋼筋混凝土軌枕比木枕的穩(wěn)定性平均提高15 20%，因此，尤其適用于高速客運線。如日本的新干線、俄羅斯的高速干線都鋪設它。當然，鋼筋混凝土軌枕也有缺點， 尤其是重量比木枕大得多。比如，英國的鋼筋混凝土軌枕每根重達285公斤，美國的重達 280公斤，德國的較輕也有230公斤?；炷琳韮?yōu)點縱、橫向阻力較大，剛度大，軌底撓度較平順，動力坡度小，高彈性墊層保證軌道彈性均勻，使用壽命長，降低養(yǎng)修費用，節(jié)約木材； 缺點不平順處，軌道附加動力增大，對軌下部件的彈性要求更高。目前，使用木枕最多的美國正在試用一種塑料軌枕。這種采用回收的聚乙烯制造的塑料軌枕的耐腐蝕性高于木枕三倍以上，而且在加工時更容易使其表面變“毛”，安裝在路基上不會滑動，再就是安裝方便，可以直接使用與木枕相同的設備和緊固件。當然，塑料軌枕目前的成本要大于木枕，一旦成本降下來，將會迅速推而廣之。
2、黃河泥沙的現(xiàn)況
黃河孕育了中華文明，被喻為中華民族的母親河，黃河是世界上含沙量最大的河流，素有“斗水七沙”之稱，但是一直以來，黃河泥沙泛濫，成為了最主要的災害之一，由于水少沙多，徑流年內多集中于汛期，泥沙大量淤積，河道年均升高10厘米左右，河床高于背河地面 4-6米，設計洪水位高出背河地面8-10米，“地上懸河”形勢嚴峻。在山東河南等下游地區(qū)多沙河流中下游地區(qū)泥沙的淤積降低了江河的泄洪能力，需不斷加高加固防洪提，大大增加了防洪工程的費用。如果將進入黃河下游的泥沙堆積成1米見方的大提，可繞赤道27圈， 即使只使用淤積在河床的泥沙，也可繞赤道近7圈。由此可見，黃河泥沙危害嚴重，但資源也非常豐富，資源量巨大，可以說是取之不盡。因此黃河泥沙的綜合開發(fā)利用既節(jié)約了其它相關資源，又處理了黃河泥沙、改善了居住環(huán)境，有利于建設資源節(jié)約型社會，并在一定程度上緩解黃河水少沙多的局面，具有較大的社會效益、環(huán)境效益和經濟效益。、微晶材料
微晶材料又稱玻璃陶瓷。它是由某些特定配方組成的各種硅酸鹽原料(包括礦產原料、 礦渣廢渣原料、化工原料、晶核劑、添加劑、澄清劑等等)，通過特定的溫度制度或(和)光照 (稱光敏)處理受控微晶化而形成的具有特定優(yōu)異性能的微晶相和殘余硅酸鹽相組成的多相固體材料。其質地可以是致密、無孔、耐磨等，也可以是疏松、多孔、抗壓耐腐等。特定配方組成的各種硅酸鹽原料加入一定量的晶核劑(有時也不加)，再經加熱(稱熱敏)或(和) 光照(稱光敏)處理，使特定組成的硅酸鹽熔融體內均勻地析出大量細小的微晶體，而制成的透明或不透明固體結構材料。晶體尺寸一般小于0. 1μ m,晶體含量可達30% 80% (體積)。這類微晶材料的機械強度、化學穩(wěn)定性、電性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的普通玻璃、陶瓷，而生產工藝和使用原料卻與傳統(tǒng)的普通玻璃、陶瓷相似，還可大量利用工業(yè)廢料、廢渣、礦渣等。 微晶材料在某種程度可以說是優(yōu)化組合了傳統(tǒng)玻璃、傳統(tǒng)陶瓷及天然石材的諸多優(yōu)點，一般的微晶材料其理化性能均優(yōu)于天然石材和傳統(tǒng)的玻璃、陶瓷，可用于建筑幕墻及室內各檔次裝修裝飾，還可做機械上的結構材料，電子、電工上的絕緣材料，大規(guī)模集成電路的底板材料、微波爐耐熱器皿面板、化工與防腐材料和礦山耐磨材料等，微晶材料是21世紀極具有發(fā)展前景的新型材料和極具市場潛力的一種新興高科技新型無機非金屬材料。我國現(xiàn)有眾多大中城市正在或計劃建設城市地鐵和輕軌，軌道交通建設正顯現(xiàn)出高速穩(wěn)定發(fā)展的態(tài)勢，蓬勃發(fā)展的鐵路及城軌建設孕育了龐大的市場，新型材料軌枕逐步成為世界各國鐵路軌道技術的發(fā)展方向和共同關注的焦點。 微晶材料輕質型軌枕的生產方法采用清潔的生產技術，利用資源豐富的黃河泥沙作為主要原料，生產過程中不產生污染物，燒成溫度低，能耗低，生產效率高，變廢為寶，節(jié)省自然資源，微晶材料輕質型軌枕將會以其獨特優(yōu)越理化性能和“安全、健康、衛(wèi)生”的生態(tài)環(huán)保理念會被廣泛應用于人們日常生活中各個方面。

發(fā)明內容
本發(fā)明一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法的目的，就是針對上述問題提供一種利用黃河泥沙生產微晶材料輕質型軌枕的生產方法，利用黃河泥沙為主要原料，利用Al2O3 -CaO - SiO2晶相圖，按照特定的配方，把幾種原料稱量混合，攪拌均勻后連續(xù)均勻地投入熔化窯爐中，從熔化窯爐出料口流出玻璃液料柱直接用冷水水淬成顆粒熔塊料，利用烘干線烘干顆粒熔塊料后，用粉碎設備進行粉碎成30 200目細度的料粉，然后加入定量的發(fā)泡劑，在混合機中混合均勻，利用簡易的壓制設備在模具中壓制成型，連同模具一同放入晶化發(fā)泡窯爐中按一定的溫度制度進行快速晶化和發(fā)泡熱處理，出來脫模后的產品即為微晶材料輕質型軌枕毛坯，然后對工作面進行磨拋處理，即為微晶材料輕質型軌枕。它選用黃河泥沙為主要原料，可以不用或少用金屬氧化物，其產品顏色可以根據需要添加著色劑進行調整，該種工業(yè)化生產大大降低熔化溫度，降低晶化和發(fā)泡溫度，縮短晶化和發(fā)泡保溫時間， 提高勞動生產率，節(jié)省能源，進而大幅度地降低產品成本。本發(fā)明一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，選用的黃河泥沙二氧化硅含量高達 75%,其它成分為氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鈉、氧化鉀等，主要為非金屬礦物，主要化學成分是無機的非金屬硅鋁酸鹽、鐵的氧化物、鈣的氧化物，其中包括Si02、Al2O3lFe2O3^ FeO,CaO, Na2O、K20、MgO 等，其化學成份為 Si0274%, Al2O3IO. 2%，F(xiàn)e2O3 1. 61%，CaO 1. 2%，
Na2O 3.5%，K2Ol. 8%等，它是高硅、高鋁、高鐵，對微晶材料輕質型軌枕組成比較有利。
本發(fā)明一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，其配方和生產工藝包括下列步驟
1.混合原料將原料以下粒度、重量百分比按特定配方混合在一起，黃河泥沙粒度0. 08 0. 7mm50 - 78%方解石粉粒度0. 1 0. 7mm16 30%碳酸鈉2 ‘12%硼砂0 ‘3%氧化鋁0 ‘4%碳酸鋇1 ‘5%氧化鋅0 ‘5%澄清劑0 ‘1%發(fā)泡劑1 ‘8%
黃河泥沙中本身所含有的氧化鐵、氧化亞鐵等著色類氧化物比較多，一般不需要另外添加著色劑，這樣就充分利用黃河泥沙中本身所含有的著色類氧化物作為著色劑；
2.高溫熔化將上述混合原料放入玻璃熔化爐內熔化成玻璃液，熔化溫度1420 1550 0C ；
3.水淬使玻璃液流入水槽內，水淬成直徑0 6mm的顆粒料；
4.烘干粉碎將上述顆粒料用烘干設備烘干，然后用粉碎設備粉碎成細度30 200目粉料；
5.混合將上述粉料直接送入混合設備中并加一定量的發(fā)泡劑，混合均勻，待用；
6.晶化和發(fā)泡熱處理將上述混合好的粉料裝入模具內，放入晶化發(fā)泡窯爐內進行晶化和發(fā)泡熱處理，晶化和發(fā)泡溫度760 1050°C，晶化和發(fā)泡保溫時間10 60分鐘；
7.退火出窯在晶化發(fā)泡窯內直接退火，退火至溫度150 200°C，時間7 15小時， 出窯冷卻；
8.脫模把模具內的半成品即微晶材料輕質型軌枕毛坯取出，放置毛坯區(qū)域，待加工；
9.加工和檢測對微晶材料輕質型軌枕毛坯進行磨加工處理，經檢測合格即為成品，待 本發(fā)明的一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，其生產工藝分四大步第一步生產出合格的微晶熔塊料；第二步烘干粉碎后的粉料中加入發(fā)泡劑并混合均勻；第三步微晶化和發(fā)泡熱處理，生產微晶材料輕質型軌枕毛坯；第四步是磨拋加工處理及檢測。第一步就是把特定組成的原料攪拌混合均勻后，經輸送設備和加料設備，連續(xù)不斷地均勻投入熔化池爐內，出來的玻璃液料柱用冷水淬成顆粒料；第二步就是把這些顆粒料烘干并把烘干好微晶顆粒料利用粉碎設備，制成細度30 200目的微晶料粉，然后直接送入混合機中加入定量的發(fā)泡劑混合均勻；第三步根據產品要求稱量粉料倒入模具中并壓制均勻，放入晶化發(fā)泡窯爐內按特定溫度制度晶化發(fā)泡熱處理，熱處理完畢，脫模，得到微晶材料輕質型軌枕毛坯；第四步對微晶材料輕質型軌枕毛坯進行機械磨拋加工處理，經檢測合格產品，即為微晶材料輕質型軌枕成品。本方法工藝特點是一是微晶熔塊的生產；二是制粉工藝；三是加入發(fā)泡劑混合均勻和裝模，這一步決定了產品外觀質量和規(guī)格，影響產品合格率，要求裝模的粉料一定均勻；四是受控晶化和發(fā)泡熱處理，即通過特定的溫度制度控制微晶體大小、發(fā)泡量及其尺寸，微晶材料輕質型軌枕內部結構決定了其本身性能，是最為關鍵的一步，采用快速燒成工藝；五是磨拋加工處理，對微晶材料輕質型軌枕的工作面進行磨拋加工處理，檢測合格即為成品。


圖1為本發(fā)明一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法流程圖。由原料1、 混合輸送2、熔化3、水淬4、烘干5、粉碎6、發(fā)泡劑7、攪拌混合8、稱量入模9、晶化和發(fā)泡熱處理10、退火11、脫模12、磨拋13、檢測14、成品15組成。用本發(fā)明方法生產的微晶材料輕質型軌枕，其內部結構是由玻璃相、晶體相和均勻微小的氣孔三部分組成，結構主晶相主要為β—娃灰石，主晶相含量占30 80%，玻璃相、晶體相和氣孔交織在一起，大大提高了材料的機械強度，該種微晶材料輕質型軌枕的理化性能指標
容重1420 1980 kg/m3吸水率2. 0 %
抗壓強度彡120 MPa抗折強度彡30 MPa
抗凍性彡0. 2 %膨脹系數彡90 X ΚΤΛ
本發(fā)明一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，利用資源豐富的黃河泥沙為主要原料， 可不用和少用金屬氧化物，大大降低原料成本，微晶化熱處理后直接進入退火工藝，可連續(xù)生產，從而提高生產效率，產量提高，節(jié)省能源，提高企業(yè)經濟效益。微晶材料輕質型軌枕具有諸多優(yōu)點重量輕，強度高，減少維修本錢，節(jié)省大量的人力、物力和財力；使用壽命長， 性價比壽價比高；其研發(fā)與應用完全符合國家目前大力推廣環(huán)保、節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展的有關政策，適應國家鐵路建設和交通運輸體的發(fā)展要求，也是我國鐵路及城軌道結構的發(fā)展方向。它的推廣應用既是軌枕技術的一次革命，又將帶來巨大的環(huán)保效益、經濟效益和社會效益。
具體實施例方式下面結合實施例做進一步描述。實施例一
黃河泥沙 55% 方解石粉 27.6% 氧化鋁 0.4% 碳酸鋇5. 2% 碳酸鈉 8. 5% 硼砂1.8%
氧化鋅1. 2% 澄清劑 0. 3%
將上述原料混合在一起混拌均勻，放入熔化爐內經1520°C溫度熔化成玻璃液，再經水淬成6mm以下的顆粒料，用烘干設備烘干后，直接粉碎成細度40目粉料，然后送入混合設備中，并加入一定量的發(fā)泡劑，混合均勻，稱重裝模，放入晶化窯爐內加熱至1020°C進行受控微晶化和發(fā)泡熱處理，晶化發(fā)泡保溫時間20分鐘，然后直接退火緩慢冷卻，冷卻至150°C， 時間13小時，出窯后經脫模、磨拋加工，經檢測合格即得到淺青褐色微晶材料輕質型軌枕。實施例二
黃河泥沙 60% 方解石粉 25.6% 氧化鋁 0. 2% 碳酸鋇4.9% 碳酸鈉 7. 5% 硼砂1.6%
氧化鋅0. 2% 澄清劑 0.0%
將上述原料混合在一起混拌均勻，放入熔化爐內經1500°C溫度熔化成玻璃液，再經水淬成6mm以下的顆粒料，用烘干設備烘干后，直接粉碎成細度80目粉料，然后送入混合設備中，并加入一定量的發(fā)泡劑，混合均勻，稱重裝模，放入晶化窯爐內加熱至980°C進行受控微晶化和發(fā)泡熱處理，晶化發(fā)泡保溫時間30分鐘，然后直接退火緩慢冷卻，冷卻至180°C， 時間12小時，出窯后經脫模、磨拋加工，經檢測合格，得到深青褐色微晶材料輕質型軌枕。
實施例三
黃河泥沙 71% 方解石粉 21.2% 氧化鋁 0.0% 碳酸鋇2.0% 碳酸鈉 4.4% 硼砂1. 5%
氧化鋅0.4% 澄清劑 0.0%
將上述原料混合在一起混拌均勻，放入熔化爐內經1450°C溫度熔化成玻璃液，再經水淬成6mm以下的顆粒料，用烘干設備烘干后，直接粉碎成細度150目粉料，然后送入混合設備中，并加入一定量的發(fā)泡劑，混合均勻，稱重裝模，放入晶化窯爐內加熱至880°C進行受控微晶化熱處理，晶化保溫時間40分鐘，然后直接退火緩慢冷卻，冷卻至160°C，時間11小時，出窯后經脫模、磨拋加工，經檢測合格，得到深黑褐色微晶材料輕質型軌枕。
權利要求
1. 一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，其特征在于包括下列步驟(1)混合原料將原料以下粒度、重量百分比按特定配方混合在一起，混拌均勻黃河泥沙粒度0. 08 0. 7mm 50 78%方解石粉粒度0. 1 0. 7mm 16 30%碳酸鈉2 12%硼砂0 3%氧化鋁0 4%碳酸鋇1 5%氧化鋅0 5%澄清劑0 1%發(fā)泡劑1 8%黃河泥沙中本身所含有的氧化鐵、氧化亞鐵等著色類氧化物比較多，一般不需要另外添加著色齊U，這樣就充分利用黃河泥沙中本身所含有的著色類氧化物作為著色劑；(2).高溫熔化將上述混合原料放入熔化爐內熔化成玻璃液，熔化溫度1420 1550 0C ；(3).水淬使玻璃液流入水槽內，水淬成直徑0 6mm的顆粒料；烘干粉碎將上述顆粒料用烘干設備烘干，然后用粉碎設備粉碎成細度30 200目粉料；(5).混合將上述粉料直接送入混合設備中并加一定量的發(fā)泡劑，混合均勻，待用； 晶化和發(fā)泡熱處理將上述備用料裝入模具內，放入晶化窯爐內進行晶化和發(fā)泡熱處理，晶化和發(fā)泡溫度760 1050°C，晶化保溫時間10 60分鐘；(7).退火出窯在晶化發(fā)泡窯爐內直接退火，退火至溫度150 200°C，時間7 15小時，出窯冷卻；(8).脫模把模具內的半成品即微晶材料輕質型軌枕毛坯取出，放置毛坯區(qū)域，待加工；(9).加工和檢測對微晶材料輕質型軌枕毛坯的工作面進行磨拋加工處理，經檢測合格即為成品，待售。
2.根據權利要求1所述的一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，其特征在于發(fā)泡劑的選擇，發(fā)泡劑的發(fā)泡溫度和發(fā)泡量要和微晶粉料的微晶化熱處理過程一致，在形成大量微晶體的同時亦是發(fā)泡劑形成豐富微小均勻氣泡的最為理想適宜條件。
3.根據權利要求1所述的一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，其生產工藝分四大步第一步生產出合格的微晶熔塊料；第二步烘干粉碎后的粉料中加入發(fā)泡劑并混合均勻；第三步微晶化和發(fā)泡熱處理，生產微晶材料輕質型軌枕毛坯；第四步是磨拋加工處理及檢測；第一步就是把特定組成的原料攪拌混合均勻后，經輸送設備和加料設備，連續(xù)不斷地均勻投入熔化池爐內，出來的玻璃液料柱用冷水淬成顆粒料；第二步就是把這些顆粒料烘干并把烘干好微晶顆粒料利用粉碎設備，制成細度30 200目的微晶料粉，然后直接送入混合機中加入定量的發(fā)泡劑混合均勻；第三步根據產品要求稱量粉料倒入模具中并壓制均勻，放入晶化發(fā)泡窯爐內按特定溫度制度晶化發(fā)泡熱處理，熱處理完畢，脫模，得到微晶材料輕質型軌枕毛坯；第四步對微晶材料輕質型軌枕毛坯進行機械磨拋加工處理，經檢測合格產品，即為微晶材料輕質型軌枕成品；本方法工藝特點是一是微晶熔塊的生產；二是制粉工藝；三是加入發(fā)泡劑混合均勻和裝模，這一步決定了產品外觀質量和規(guī)格，影響產品合格率，要求裝模的粉料一定均勻；四是受控晶化和發(fā)泡熱處理，即通過特定的溫度制度控制微晶體大小、發(fā)泡量及其尺寸，微晶材料輕質型軌枕內部結構決定了其本身性能，是最為關鍵的一步，采用快速燒成工藝；五是磨拋加工處理，對微晶材料輕質型軌枕的工作面進行磨拋加工處理，檢測合格即為成品。
4.根據權利要求1所述的一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，其特征在于生產流程是由原料1、混合輸送2、熔化3、水淬4、烘干5、粉碎6、發(fā)泡劑7、攪拌混合8、稱量入模 9、晶化和發(fā)泡熱處理退火11、脫模12、磨拋13、檢測14、成品15組成；用本發(fā)明方法生產的微晶材料輕質型軌枕，其內部結構是由玻璃相、晶體相和均勻微小的氣孔三部分組成，結構主晶相主要為β—娃灰石，其理化性能指標容重1420 1980 kg/m3吸水率2. 0 %抗壓強度彡120 MPa抗折強度彡30 MPa抗凍性彡0. 2 %膨脹系數彡90 X 10_7°C。
全文摘要
本發(fā)明一種微晶材料輕質型軌枕的生產方法，利用資源豐富的黃河泥沙為主要原料，輔助原料主要有鈣石粉、工業(yè)碳酸鋇、工業(yè)純堿、工業(yè)硼砂、工業(yè)氧化鋁、氧化鋅及澄清劑等，本發(fā)明中微晶材料輕質型軌枕具有優(yōu)異物理化學性能，重量輕，強度高，綠色環(huán)保，其生產工藝過程比較適合工業(yè)流水線，原料豐富，成本低，生產效率高，節(jié)省能源，資源綜合有效利用特點。
文檔編號C03B32/02GK102515541SQ20111044694
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權日2011年12月28日
發(fā)明者梁東成, 趙保華, 趙玉嶺, 鄒辭陽 申請人:淄博鈺晶新型材料科技有限公司