CN104058753A

CN104058753A - 一种氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法

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Publication number: CN104058753A
Application number: CN201310093449.2A
Authority: CN
Inventors: 金从进; 何平显; 任三兵; 樊俊飞
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-03-21
Filing date: 2013-03-21
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: CN104058753B

Abstract

本发明公开了一种氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，其所包括步骤为：1）将35～50wt%的粒度为0.088-1mm的电熔镁稳定氧化锆颗粒、30～45wt%的粒度小于0.045mm的电熔镁稳定氧化锆粉、10～20wt%的粒度小于0.045mm的二硼化锆粉、0.5～1wt%的粒度小于0.074mm的沥青粉、2～3wt%的粒度小于0.045mm的铝硅合金粉与外加的酚醛树脂进行混炼；2）成型、干燥；3）烧制，得到氧化锆二硼化锆碳质导液管。本发明的技术方案能得到质量优良且使用寿命长的氧化锆二硼化锆碳质导液管，其具有较好的化学稳定性能，耐侵蚀性能，耐冲刷性能和抗氧化性能，尤其具备较强的抗热震性能。

Description

一种氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法

技术领域

本发明涉及一种管件的制备方法，尤其涉及一种导液管的制备方法。

背景技术

随着喷射冶金工艺的发展，对于导液管耐火材料的使用条件变得日益苛刻。在实际生产过程中，引起导液管损坏的原因不仅在于钢液和熔渣的腐蚀以及钢液的冲刷和磨损等物化作用，还在于导液管内表面受到钢液的快速热冲击及其外表面受到强烈的冷却气体而引起的开裂和剥落。为了使导液管能够在生产过程中稳定地运行，必须采用具有较好抗热冲击性、抗侵蚀性和抗冲刷性的耐火材料。

目前，国内外喷射冶金用导液管主要由高温烧成（温度高于1600°C）的氧化锆材料制成的，其基本生产工艺为全部采用氧化锆原料，经过混炼、成型、干燥和高温烧成等步骤。通过高温烧成的氧化锆导液管虽然具有优异的抗侵蚀性能和抗冲刷性能，但是其存在抗热震性能较差的缺点，故不能满足在喷射冶金条件下的工作需求。

公开号为CN1132731A，公开日为1996年10月9日，名称为“氧化锆—石墨自润滑复合陶瓷材料”的中国专利文献公开了一种用于刀具、轴承、密封件等的复合陶瓷结构材料。该专利文献的技术方案是将90%的纳米氧化锆、1～4%的石墨润滑剂、5～8%的烧结助剂Bi₂O₃、0.62～2%的晶粒生长抑制剂Al₂O₃和SiO₂混合在一起，经过冷压预成型，再经热压烧结而制成的。由于该材料含有5～8%低熔点的Bi₂O₃（熔点为860°C），不适合在高温喷射冶金条件下使用，其次采用昂贵的纳米氧化锆原料以及热压烧结工艺会极大地增加生产成本。

公开号为CN1544388A，公开日为2004年11月10日，名称为“一种铝和/或锆碳体系透气砖”的中国专利文献提出了一种透气砖，其由Al₂O₃、C、ZrO₂及其他成分组成，其化学成分的质量百分数为：Al₂O₃：10～90%，C： 3～15%，ZrO₂：0～90%，其他成分：3～20%。其他成分包括SiC、SiO₂、Fe₂O₃、Si和B₄C。从该专利文献所公开的化学成分来看，所采用的氧化锆为不含稳定剂的单斜氧化锆，即该氧化锆的化学成分中不含有CaO、MgO、Y₂O₃、CeO₂等稳定剂。发明人认为，若导液管采用上述耐火材料制成，在其应用于喷射冶金的工作环境中时，会由于在导液管中存在过多不稳定型氧化锆而引起管体的开裂甚至裂片的剥落，令导液管无法继续正常使用从而降低导液管的使用寿命。在常温下，纯氧化锆只是以单斜相形式出现，当加热到1100°C左右时会转化为四方相，再加热到更高温度则会转化为立方相。由于单斜相的纯氧化锆向四方相转变时，会产生很大的体积变化，而在冷却时，又会向着相反的方向转变，再一次产生很大的体积变化，这样就极易造成导液管的开裂，限制了不稳定氧化锆在高温工况下的应用。同时，Al₂O₃、SiC、SiO₂及Fe₂O₃成分的存在也会导致导液管抗侵蚀性能的显著下降，从而不能符合喷射冶金的使用要求。

刊登于《国外耐火材料》1998年第8期第27-30页，名称为“浸入式水口渣线用高耐蚀性材质的开发”的公开出版文献涉及了一种炼钢连铸用浸入式水口渣线所使用的锆碳材料，其中该材料中氧化锆的含量大于80%，碳含量为10～17%，其余为碳化硅和单质硅等。

发明内容

本发明的目的是提供一种氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，采用该制备方法可以制得适用于喷射冶金工作环境下的导液管，其具有较好的抗热冲击性和抗冲刷性，较高的耐压强度和高温抗折强度，较强的抗热冲击和抗热震性，不会由于导液管内外表面温度的巨大差距而导致管体开裂和管片剥落等现象产生，具备较长的使用寿命。

根据上述目的，本发明提出了一种氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，其包括下列步骤：

（1）将35～50wt%的粒度为0.088-1mm的电熔镁稳定氧化锆颗粒、30～45wt%的粒度小于0.045mm的电熔镁稳定氧化锆粉、10～20wt%的粒度小于0.045mm的二硼化锆粉、0.5～1wt%的粒度小于0.074mm的沥青粉、2～3wt%的粒度小于0.045mm的铝硅合金粉与外加的酚醛树脂进行混炼；

（2）成型、干燥；

（3）烧制，得到氧化锆二硼化锆碳质导液管。

现有技术中用于喷射冶金的导液管通常由高温烧成的耐火材料制成，虽然其具有优异的抗侵蚀性能和抗冲刷性能，但是存在着抗热震差的缺陷，很难适应喷射冶金条件下的用工环境而导致其不能长时间稳定的工作。而本发明所述的技术方案通过将相应质量百分含量的不同粒度的两种电熔镁稳定氧化锆材料、二硼化锆粉、沥青粉和铝硅合金粉，并外加酚醛树脂进行混炼，成型，干燥、烧制以获得氧化锆二硼化锆碳质导液管。

通过上述方法制备而得的导液管具有极佳的抗渣侵蚀、抗渣渗透性能、抗冲刷性能、抗热震性能和抗氧化性能，其原因在于：

1）电熔镁稳定氧化锆材料的熔点高，可达到2680°C，体积密度高(>5.6g/cm³)，显气孔率低(<2%)，这是导液管具有较好的抗渣侵蚀性能主要原因；

2）二硼化锆材料具有较高的体积密度(>5.8g/cm³)，并且其熔点，硬度及导热率也相对较高，熔点可以达到3040°C，硬度可以达到88～91HRA，在20°C时的导热率为24.3W/m.k，由此可知，二硼化锆材料具有良好的耐热性、抗氧化性、抗侵蚀性和抗热震性，因此，添加了该材料后能提高导液管的抗热震性和抗氧化性，并进一步地提升导液管的抗侵蚀性；

3）沥青粉在烧成过程始终处于高温状态，这时的沥青粉石墨化程度较高，可以与外加的酚醛树脂形成镶嵌碳结构，该结构比酚醛树脂单独形成的玻璃碳结构的抗热震性能和抗氧化性能都要好；

4）铝硅合金粉不但可以提高导液管的抗氧化性能，还可以提升导液管的高温强度和抗冲刷性能。

进一步地，在上述氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法中，外加的酚醛树脂的质量百分含量为3～4％。即将上述电熔镁稳定氧化锆，二硼化锆，沥青及铝硅合金的混合物作为一个整体，所需额外添加酚醛树脂的比例占混合物整体的3～4wt％。

进一步地，在上述氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法中，所述沥青粉的软化点＞80℃。

进一步地，在上述氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法中，在电熔镁稳定氧化锆颗粒和电熔镁稳定氧化锆粉中，ZrO₂（HfO₂）＞95wt%，MgO＜3wt%。

进一步地，所采用的电熔镁稳定氧化锆颗粒和电熔镁稳定氧化锆粉的稳定度＜70%。

氧化锆按晶型分为单斜相（m-Z）、四方相（t-Z）和立方相（c-Z），其中四方相和立方相为稳定型。氧化锆的稳定化程度（简称稳定度）以稳定化率来表示：稳定化率（%）=[(四方相+立方相)/（四方相+立方相+单斜相）]×100。

这样的电熔镁稳定氧化锆材料的抗热震性能较佳，并且优于钇稳定氧化锆和钙稳定氧化锆材料的抗热震性能。

更近一步地，在上述氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法中，在上述步骤（3）中，在大于900°C的非氧化气氛下烧制。

与现有技术中的导液管相比较，通过本发明的制备方法所制得的氧化锆二硼化锆碳质导液管质量优良且使用寿命长，其具有较高的化学稳定性能，较好的耐侵蚀性能，较佳的耐冲刷性能和较强的抗氧化能力，尤其具备较强的抗热震性能，适用于喷射冶金条件下使用，并且使用时间长且工作状态稳定，不会由于导液管的故障而影响生产流程的进度和质量。

由于通过本发明的技术方案制成的导液管能够长时间地在生产流程中稳定地工作，因此，导液管的检查，维修及更换的支出费用将被大大减少，从而提高了生产效率，降低了生产成本，进而提升了生产企业的产品竞争力。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来对本发明所述的氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法作进一步地详细说明，但是该详细说明并不构成对本发明的技术方案的不当限定。

实施例1-5

按照下列步骤制造氧化锆二硼化锆碳质导液管：

（1）将35～50wt%的粒度为0.088-1mm的电熔镁稳定氧化锆颗粒、30～45wt%的粒度小于0.045mm的电熔镁稳定氧化锆粉、10～20wt%的粒度小于0.045mm的二硼化锆粉、0.5～1wt%的粒度小于0.074mm的沥青粉、2～3wt%的粒度小于0.045mm的铝硅合金粉，并添加外加的3～4wt%的酚醛树脂进行混炼，其中，在电熔镁稳定氧化锆材料中，ZrO₂（HfO₂）＞95wt%，MgO＜3wt%，电熔镁稳定氧化锆颗粒和电熔镁稳定氧化锆粉的稳定度＜70%，而沥青粉的软化点＞80℃。（表1显示了实施例1-5的各成分质量百分配比及粒度大小）；

（2）成型、干燥；

（3）在大于900°C的非氧化气氛下烧制得到氧化锆二硼化锆碳质导液管。

表1.实施例1-5中各成分质量百分配比(wt.%)及粒度大小(mm)

表2列出了本发明的实施例1-5的氧化锆导液管的相关物化特性。

表2.

从表2可以看出，采用本技术方案制得的氧化锆二硼化锆碳质导液管的体积密度适中，显气孔率低，耐压强度较大，在1400°C高温抗折强度较高，其中，较低的显气孔率有利于提高导液管的质量和机械强度，减少导液管与钢液和熔渣的接触表面积，并且延长导液管的使用寿命，且具有优良的抗冲刷性，抗侵蚀性和抗氧化性，特别具备优质的抗热震性能，能够在用工条件严苛的喷射冶金条件下高效稳定的工作使用。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，其包括下列步骤：

（2）成型、干燥；

（3）烧制，得到氧化锆二硼化锆碳质导液管。

2.如权利要求1所述的氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，其特征在于，外加的酚醛树脂的质量百分含量为3～4％。

3.如权利要求1所述的氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，其特征在于，所述沥青粉的软化点＞80℃。

4.如权利要求1所述的氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，其特征在于，在电熔镁稳定氧化锆颗粒和电熔镁稳定氧化锆粉中，ZrO₂（HfO₂）＞95wt%，MgO＜3wt%。

5.如权利要求1所述的氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，其特征在于，电熔镁稳定氧化锆颗粒和电熔镁稳定氧化锆粉的稳定度＜70%。

6.如权利要求1所述的氧化锆二硼化锆碳质导液管的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在大于900°C的非氧化气氛下烧制。