CN105732028B - 一种高温抗热震氧化锆水口砖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氧化锆水口砖的制备方法，首先通过研磨工艺实现电熔氧化锆粉体粒径的控制和粒度的合理级配，再依次通过碳酰胺混合焙烧和稀酸浸泡对氧化锆粉体表面进行改性并除去粉体内部分杂质，再通过辊压造粒技术提高粉体的体积密度和减少烧结后制品的气孔率，最后通过高压烧制技术制得气孔率低、体积密度高、收缩率小、高温抗热震及耐冲刷性能好的氧化锆水口砖。经测试，本发明制得的氧化锆水口砖气孔率在1.5～3.5％之间，体积密度达到5.55～5.70g/cm3，样品收缩率≤10％，具有优异的高温抗热震性能和抗侵蚀性能，水口使用周期是现有定径水口的2～3倍。

Description

一种高温抗热震氧化锆水口砖的制备方法
本申请为以申请日为2014年12月05日，申请号为201410738261.3，发明创造名称为“一种氧化锆水口砖的制备方法”的发明专利作为母案的分案申请。
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体说是一种氧化锆水口砖的制备方法。
背景技术
定径水口是小方坯连铸用的关键耐火材料，起控制钢水流量的作用，决定着连铸中钢坯的拉速，是保证连铸正常运行的必要条件。近几年随着钢厂中间包的使用寿命明显提高，普通锆质低体积密度水口已很难满足使用要求。
现有定径水口用氧化锆粉体生产工艺主要是将助剂氧化镁、氧化钇等直接加入熔炼炉内与氧化锆熔炼，熔炼后产品直接出炉自然冷却，经破碎加工到一定粒度的粉体直接配入粘结剂制作定径水口。以上方法中存在问题主要为生产出的氧化锆产品硬度大，破碎困难，产品中助剂容易偏析含量不好控制、杂质成分难以去除等。用以上氧化锆为原料生产的水口砖气孔率在11％～15％之间、体积密度5.1～5.4g/cm3之间，收缩率在12％左右，抗热震次数一般为1～2次，在下游应用中抗侵蚀和抗热震稳定性较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高致密度、抗热震稳定性好的氧化锆水口砖的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种氧化锆水口砖的制备方法，包括：
将电熔氧化锆粉体研磨至粒度14500目以上粉体占比28wt％～33wt％，8500目～14500目粉体占比23wt％～29wt％，4500目～8500目粉体占比39wt％-45wt％，4500目以下粉体占比≤3wt％；
将研磨后的氧化锆粉体与碳酰胺按重量比为1∶0.85～1.35的比例混合均匀，然后在135～180℃下隔绝空气或在惰性氛围下焙烧8～12h，焙烧后的氧化锆粉体加入质量浓度为1.0～2.0％的稀酸溶液中搅拌浸泡1h以上；
将浸泡后的氧化锆粉体水洗烘干，加入以氧化锆粉体的重量计为2.3～2.8％的氧化镁、0.5～0.9％的氧化钇和4～8％的粘结剂，混合均匀后辊压造粒；
将辊压造粒后得到的粉体于30～40MPa下压制烧结成氧化锆水口砖。
本发明的有益效果在于：
区别于现有技术，本发明方法制得的氧化锆水口砖气孔率在1.5～3.5％之间，体积密度达到5.55～5.70g/cm3，样品收缩率≤10％。由于其气孔率低、体积密度高，样品收缩率小，与市场上现有的产品相比，具有优异的高温抗热震性能和抗侵蚀性能，水口使用周期是现有定径水口的2～3倍。本发明方法可以解决现有氧化锆水口砖成本高、使用周期短、重复利用率低等问题，将为耐火材料领域作出极大贡献。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明最关键的构思在于：首先通过研磨工艺实现电熔氧化锆粉体粒径的控制和粒度的合理级配，再依次通过碳酰胺混合焙烧和稀酸浸泡对氧化锆粉体表面进行改性并除去粉体内部分杂质，再通过辊压造粒技术提高粉体的体积密度和减少烧结后制品的气孔率，最后通过高压烧制技术制得气孔率低、体积密度高、收缩率小、高温抗热震及耐冲刷性能好的氧化锆水口砖。
具体的，本发明提供的氧化锆水口砖的制备方法，包括：
1、将电熔氧化锆粉体研磨至粒度14500目以上粉体占比28wt％～33wt％，8500目～14500目粉体占比23wt％～29wt％，4500目～8500目粉体占比39wt％-45wt％，4500目以下粉体占比≤3wt％；
2、将研磨后的氧化锆粉体与碳酰胺按重量比为1∶0.85～1.35的比例混合均匀，然后在135～180℃下隔绝空气或在惰性氛围下焙烧8～12h，焙烧后的氧化锆粉体加入质量浓度为1.0～2.0％的稀酸溶液中搅拌浸泡1h以上；
3、将浸泡后的氧化锆粉体水洗烘干，加入以氧化锆粉体的重量计为2.3～2.8％的氧化镁、0.5～0.9％的氧化钇和4～8％的粘结剂，混合均匀后辊压造粒；
4、将辊压造粒后得到的粉体于30～40MPa下压制烧结成氧化锆水口砖。
在上述制备方法中，步骤1通过研磨工艺实现对氧化锆粉体粒径的控制和粒度的合理级配；步骤2改变了氧化锆粉体的微观晶体形貌并激发其表面能，在完成对粉体表面改性的同时去除粉体内部分杂质；步骤3通过辊压造粒技术提高粉体的体积密度和减少烧结后制品的气孔率；步骤4通过高压烧制技术将粉体烧结成气孔率低、体积密度高、收缩率小、高温抗热震及耐冲刷性能好的氧化锆水口砖。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：区别于现有技术，本发明方法制得的氧化锆水口砖气孔率在1.5～3.5％之间，体积密度达到5.55～5.70g/cm3，样品收缩率≤10％。由于其气孔率低、体积密度高，样品收缩率小，与市场上现有的产品相比，具有优异的高温抗热震性能和抗侵蚀性能，水口使用周期是现有定径水口的2～3倍。本发明方法可以解决现有氧化锆水口砖成本高、使用周期短、重复利用率低等问题，将为耐火材料领域作出极大贡献。
进一步的，所述烧结温度曲线为：0～650℃：300min，650～650℃：120min，650～1350℃：270min，1350～1350℃：90min，1350～1650℃：70min，1650～1650℃：180min，随炉冷却至常温。
进一步的，所述电熔氧化锆粉体的纯度≥99％。
进一步的，所述辊压次数为5次以上。
进一步的，所述稀酸溶液为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸溶液或几种酸的混合液。
进一步的，所述惰性氛围为氩气氛围。
进一步的，所述粘结剂为聚烯醇类，优选的，选自聚乙烯醇和聚丙烯醇中的一种或二种。
实施例1：
1、将ZrO2含量为99.0％的电熔脱硅氧化锆粉体研磨到粒度14500目以上粉体占比31.5wt％，8500目～14500目粉体占比25.5wt％，4500目～8500目粉体占比41wt％，4500目以下粉体占比2wt％；
2、取以上研磨好的氧化锆粉体与碳酰胺按重量比为1∶1.05混合均匀，然后在175℃下密封好后恒温焙烧10h，焙烧后的氧化锆粉体直接加入配置好的质量浓度为1.0％的稀盐酸溶液中搅拌浸泡120min；
3、将浸泡后的氧化锆粉体水洗烘干，加入以氧化锆粉体的重量计为2.65％的MgO、0.75％的Y2O3和5％的聚乙烯醇，混合均匀后进行6次辊压造粒，筛分至5目筛全通过；
4、将步骤3得到的粉体在30～40MPa压力下压制烧结成氧化锆水口砖，烧结温度曲线如下：
0℃-650℃：300min，650℃-650℃：120min，
650℃-1350℃：270min，1350℃-1350℃：90min，
1350℃-1650℃：70min，1650℃-1650℃：180min，
随炉冷却至常温。
经检测，所制得的氧化锆水口砖的气孔率为1.89％，体积密度达到5.660g/cm3，样品收缩率为9.8％。
实施例2
1、将ZrO2含量为99.0％的电熔脱硅氧化锆粉体研磨到粒度14500目以上粉体占比29.7wt％，8500目～14500目粉体占比27.5wt％，4500目～8500目粉体占比40wt％，4500目以下粉体占比2.8wt％；
2、取以上研磨好的氧化锆粉体与碳酰胺按重量比为1∶0.85混合均匀，然后在135℃下隔绝空气恒温焙烧8h，焙烧后的氧化锆粉体直接加入配置好的质量浓度为1.5％的稀硫酸溶液中搅拌浸泡60min；
3、将浸泡后的氧化锆粉体水洗烘干，加入以氧化锆粉体的重量计为2.3％的MgO、0.5％的Y2O3和6％的聚乙烯醇，混合均匀后进行5次辊压造粒；
4、将步骤3得到的粉体在30～40MPa压力下压制烧结成氧化锆水口砖，烧结温度曲线如下：
0℃-650℃：300min，650℃-650℃：120min，
650℃-1350℃：270min，1350℃-1350℃：90min，
1350℃-1650℃：70min，1650℃-1650℃：180min，
随炉冷却至常温。
经检测，所制得的氧化锆水口砖的气孔率为3.5％，体积密度达到5.60g/cm3，样品收缩率为10％。
实施例3
1、将ZrO2含量为99.0％的电熔脱硅氧化锆粉体研磨到粒度14500目以上粉体占比28.6wt％，8500目～14500目粉体占比24.3wt％，4500目～8500目粉体占比44.6wt％，4500目以下粉体占比2.5wt％；
2、取以上研磨好的氧化锆粉体与碳酰胺按重量比为1∶1.35混合均匀，然后在180℃下密封好后恒温焙烧12h，焙烧后的氧化锆粉体直接加入配置好的质量浓度为2.0％的稀硝酸溶液中搅拌浸泡150min；
3、将浸泡后的氧化锆粉体水洗烘干，加入以氧化锆粉体的重量计为2.8％的MgO、0.9％的Y2O3和4.5％的聚丙烯醇，混合均匀后进行6次辊压造粒，筛分至5目筛全通过；
4、将步骤3得到的粉体在30～40MPa压力下压制烧结成氧化锆水口砖，烧结温度曲线如下：
0℃-650℃：300min，650℃-650℃：120min，
650℃-1350℃：270min，1350℃-1350℃：90min，
1350℃-1650℃：70min，1650℃-1650℃：180min，
随炉冷却至常温。
经检测，所制得的氧化锆水口砖的气孔率为1.6％，体积密度达到5.68g/cm3，样品收缩率为9.5％。
实施例4
1、将ZrO2含量为99.0％的电熔脱硅氧化锆粉体研磨到粒度14500目以上粉体占比32wt％，8500目～14500目粉体占比28wt％，4500目～8500目粉体占比38.3wt％，4500目以下粉体占比1.7wt％；
2、取以上研磨好的氧化锆粉体与碳酰胺按重量比为1∶1.35混合均匀，然后在180℃下密封好后恒温焙烧12h，焙烧后的氧化锆粉体直接加入配置好的质量浓度为1.0％的稀硝酸溶液中搅拌浸泡120min；
3、将浸泡后的氧化锆粉体水洗烘干，加入以氧化锆粉体的重量计为2.5％的MgO、0.75％的Y2O3和7％的聚丙烯醇，混合均匀后进行6次辊压造粒，筛分至5目筛全通过；
4、将步骤3得到的粉体在30～40MPa压力下压制烧结成氧化锆水口砖，烧结温度曲线如下：
0℃-650℃：300min，650℃-650℃：120min，
650℃-1350℃：270min，1350℃-1350℃：90min，
1350℃-1650℃：70min，1650℃-1650℃：180min，
随炉冷却至常温。
经检测，所制得的氧化锆水口砖的气孔率为1.5％，体积密度达到5.70g/cm3，样品收缩率为9.2％。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种高温抗热震氧化锆水口砖的制备方法，其特征在于，包括：
将电熔氧化锆粉体研磨至粒度14500目以上粉体占比28wt％～33wt％，8500目～14500目粉体占比23wt％～29wt％，4500目～8500目粉体占比39wt％-45wt％，4500目以下粉体占比≤3wt％；
将研磨后的氧化锆粉体与碳酰胺按重量比为1∶0.85～1.35的比例混合，然后在135～180℃下隔绝空气或在惰性氛围下焙烧8～12h，焙烧后的氧化锆粉体加入质量浓度为1.0～2.0％的稀酸溶液中搅拌浸泡1h以上；
将浸泡后的氧化锆粉体水洗烘干，加入以氧化锆粉体的重量计为2.3～2.8％的氧化镁、0.5～0.9％的氧化钇和4～8％的粘结剂，混合后辊压造粒；
将辊压造粒后得到的粉体于30～40MPa下压制烧结成氧化锆水口砖；
所述烧结温度曲线为：0～650℃：300min，650～650℃：120min，650～1350℃：270min，1350～1350℃：90min，1350～1650℃：70min，1650～1650℃：180min，随炉冷却至常温；
所述电熔氧化锆粉体的纯度≥99％；所述稀酸溶液选自稀盐酸、稀硫酸和稀硝酸中的一种或几种；所述粘结剂为聚烯醇类。
2.根据权利要求1所述的高温抗热震氧化锆水口砖的制备方法，其特征在于：所述惰性氛围为氩气氛围。
3.根据权利要求1所述的高温抗热震氧化锆水口砖的制备方法，其特征在于：所述粘结剂选自聚乙烯醇和聚丙烯醇中的一种或二种。
4.根据权利要求1所述的高温抗热震氧化锆水口砖的制备方法，其特征在于：所述辊压次数为5次以上。
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