CN101628817A - ZrO2陶瓷高炉风口衬套 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种ZrO2陶瓷高炉风口衬套，该风口衬套是以工业用ZrO2和Al2O3为原料，加入适量的Y2O3、MgO及硅酸盐复合添加剂制成，其材料组成的质量配比为：Al2O3：54.5～98％、ZrO2：1.8～36.4％、Y2O3，MgO及硅酸盐组成的复合添加剂：0.2～9.1％。本发明的ZrO2陶瓷高炉风口衬套具有较好的抗氧化性和耐高温性能，从而延长了其使用寿命，确保了高炉生产效益最大化。
Description
技术领域
本发明涉及耐火陶瓷材料类，具体地说，本发明涉及高炉炼铁中使用的一种ZrO2陶瓷高炉风口衬套。
背景技术
高炉风口衬套可以有效调节高炉鼓风动能和气流分布，改善煤气能量利用，同时还有利于保护高炉风口，提高入炉鼓风温度。作为高炉重要组成部分的风口衬套，为连续性生产设备，不能在生产过程中更换，一旦出现严重破损情况，唯一的办法就是休风更换，这就增加了高炉休风率，给高炉的稳定高产带来不利影响。因此，衬套的实际使用寿命对高炉生产至关重要，国内外高炉工作者一直探索使用更加长寿的风口衬套，但尚未得到较好的解决。
目前高炉风口衬套材质为碳化硅质、高铝质及SiC加钢纤维质等。在高炉风口前端高温环境和氧化气氛下，SiC或钢纤维易发生下述氧化反应：
SiC+O2→SiO2+CO2
Fe+O2→FeO或Fe+O2→Fe2O3
SiO2和铁氧化物FexOy及Al2O3等化合物，如遇上高炉渣及炉内的碱金属蒸汽等，将生成熔点仅为1200～1300℃的低熔点化合物Ca0.54Fe1.46SiO4及(Ca，Na)(Si，Al)4O8等，使高炉风口衬套材料的熔点降低，易受熔蚀。同时，SiC在氧化过程中生成的CO2气体不断从材料内部排出，致使材料气孔率增加，结构疏松，在高速气流的冲刷作用下加速了侵蚀。
针对现有高炉风口衬套存在的问题，本发明者通过使用氧化铝、氧化锆，并加入适量的复合添加剂，设计出了一种ZrO2陶瓷高炉风口衬套，从而完成了本发明。
本发明的目的在于提供一种ZrO2陶瓷高炉风口衬套。
发明内容
本发明提供了一种ZrO2陶瓷高炉风口衬套，该高炉风口衬套包含下述化学成分：
Al2O3：54.5～98wt％；
ZrO2：1.8～36.4wt％；
Y2O3，MgO及硅酸盐组成的复合添加剂：0.2～9.1wt％。
在一个优选实施方式中：所述高炉风口衬套包含下述化学成分：
Al2O3：80～85wt％；
ZrO2：9～14wt％；
Y2O3，MgO及硅酸盐组成的复合添加剂：5～8wt％。
在一个优选实施方式中：所述硅酸盐为3CaO·SiO2、2CaO·SiO2和2CaO·Al2O3·SiO2的混合物，其成分配比为30～65wt％：20～40wt％：15～35wt％。
在一个优选实施方式中：在所述复合添加剂中，Y2O3、MgO及硅酸盐的摩尔比为：1∶2～3∶2.5～5。
本发明主要利用氧化铝高强度、耐高温、耐磨的良好性能，作为风口衬套的主要基质，但氧化铝陶瓷烧结温度高易引起晶粒长大及残余气孔聚集，使材料气密性变差及力学性能下降。而ZrO2具有较高的断裂韧性，很好的弯曲强度、抗拉强度及良好的耐磨性和抗侵蚀性能，且熔点较高，是很好的陶瓷材料。通过加入氧化锆相变增韧，可以使氧化铝基体材料性能获得较大幅度改善，同时引入的氧化锆颗粒还可以起到抑制氧化铝晶粒长大的作用。
本发明为了消除ZrO2升温时相变产生体积变化所带来的破坏作用，，在ZrO2中加入适量立方晶型氧化物，这类氧化物的金属离子半径与Zr4+相差不大，如Y2O3、MgO等，在高温烧结时它们将与ZrO2形成立方固熔体，消除了单斜相与四方相的转变，得到稳定的ZrO2陶瓷。
本发明在复合添加剂中加入硅酸盐物质，是为了使制品有良好的初期强度和适当降低烧成温度。
本发明的ZrO2陶瓷高炉风口衬套通过以下方法制成：将粒径≤3mm的各种原料粉料按比例配料，混匀，然后将SM和SN速效减水剂溶于水后加入其中混匀，混匀时间约为10min，加水量为6％～8％。采用浇注料振动成型，振动时间为5～6min。成型后的衬套经过干燥后脱模，生坯经养护处理后送高温烧结用，1600℃常压烧成，烧成时间为18h，保温时间4h。
本发明的有益效果为：本发明的ZrO2陶瓷高炉风口衬套具有较好的抗氧化性和耐高温性能，平均天侵蚀率为0.18％，较现用碳化硅风口衬套的平均天侵蚀率0.29％下降38％，即延长风口寿命38％，如现有风口衬套使用3个月，则本发明高炉风口衬套的使用期≥4月，确保了高炉生产效益最大化。
附图说明
图1为本发明实施例1的ZrO2陶瓷高炉风口衬套SEM图像。
图2为本发明实施例1的ZrO2陶瓷高炉风口衬套XRD图谱。
具体实施方式
以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例1
按表1所示的化学成分进行配料，各种原料粉料粒径≤3mm，混匀，然后将SM和SN速效减水剂溶于水后加入其中混匀，混匀时间约为10min，加水量为6％～8％。采用浇注料振动成型，振动时间为5～6min。成型后的衬套经过干燥后脱模，生坯经养护处理后送高温烧结用，1600℃常压烧成，烧成时间为18h，保温时间4h。
从图1的SEM图像可以看到，不同粒度的Al2O3为高炉风口衬套的主要基质，白色ZrO2均匀分布其中。
实施例2-7
实施步骤同实施例1。
表1本发明实施例1-7的ZrO2陶瓷高炉风口衬套化学成分配比
| Al2O3∶ZrO2∶复合添加剂(wt％) | Y2O3∶MgO∶硅酸盐(摩尔比) | 硅酸盐中：3CaO·SiO2∶2CaO·SiO2∶2CaO·Al2O3·SiO2(wt％) | |
| 实施例1 | 80.2∶14.2∶5.6 | 1∶2∶5 | 31∶38∶31 |
| 实施例2 | 84.9∶9.4∶5.7 | 1∶3∶3 | 43∶40∶17 |
| 实施例3 | 79.4∶14∶6.6 | 1∶2∶3 | 54∶21∶25 |
| 实施例4 | 83.3∶9.3∶7.4 | 1∶2.5∶4 | 64∶20∶16 |
| 实施例5 | 86.4∶4.5∶9.1 | 1∶3∶4 | 33∶32∶35 |
| 实施例6 | 60.5∶30.5∶9 | 1∶2∶2.5 | 55∶25∶20 |
| 实施例7 | 94∶4∶2 | 1∶3∶3.5 | 60∶21∶19 |
试验例1
对本发明实施例1-7的ZrO2陶瓷高炉风口衬套进行性能测试，测试结果见表2。
表2本发明实施例1-7的ZrO2陶瓷高炉风口衬套性能测试结果
| 气孔率(％) | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) | 抗热震(次) | |
| 实施例1 | 24.05 | 68.90 | 12.50 | 11 |
| 实施例2 | 24.20 | 65.80 | 11.20 | 10 |
| 实施例3 | 24.50 | 67.10 | 11.50 | 10 |
| 实施例4 | 24.00 | 70.30 | 12.20 | 11 |
| 实施例5 | 24.28 | 72.50 | 11.00 | 10 |
| 实施例6 | 23.80 | 73.50 | 11.05 | 10 |
| 实施例7 | 23.95 | 73.90 | 11.10 | 10 |
Claims (4)
1、一种ZrO2陶瓷高炉风口衬套，其特征在于，所述高炉风口衬套包含下述化学成分：
Al2O3：54.5～98wt％；
ZrO2：1.8～36.4wt％；
Y2O3、MgO及硅酸盐组成的复合添加剂：0.2～9.1wt％。
2、根据权利要求1所述的ZrO2陶瓷高炉风口衬套，其特征在于，所述高炉风口衬套包含下述化学成分：
Al2O3：80～85wt％；
ZrO2：9～14wt％；
Y2O3、MgO及硅酸盐组成的复合添加剂：5～8wt％。
3、根据权利要求1或2所述的ZrO2陶瓷高炉风口衬套，其中所述硅酸盐为3CaO.SiO2、2CaO.SiO2和2CaO.Al2O3·SiO2的混合物，其成分配比为30～65wt％：20～40wt％：15～35wt％。
4、根据权利要求1或2所述的ZrO2陶瓷高炉风口衬套，其特征在于，在所述复合添加剂中，Y2O3、MgO及硅酸盐的摩尔比为：1∶2～3∶2.5～5。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN200810040657A CN101628817A (zh) | 2008-07-17 | 2008-07-17 | ZrO2陶瓷高炉风口衬套 |
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| CN101628817A true CN101628817A (zh) | 2010-01-20 |
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| CN (1) | CN101628817A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI488972B (zh) * | 2011-08-01 | 2015-06-21 | A blast pipe for introducing hot air into a shaft furnace and a method for manufacturing the same |
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2008
- 2008-07-17 CN CN200810040657A patent/CN101628817A/zh active Pending
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| TWI488972B (zh) * | 2011-08-01 | 2015-06-21 | A blast pipe for introducing hot air into a shaft furnace and a method for manufacturing the same |
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