CN111087250A - 一种基于氧化锆的耐火材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于耐火材料领域，具体公开了一种基于氧化锆的耐火材料及其制备方法。该基于氧化锆的耐火材料，包括氧化锆、氧化硅、氧化铝、稳定剂、结合剂等原料，主要通过混料、成坯、烧结成型三步法制备成型。与现有技术相比，本发明所述的基于氧化锆的耐火材料，具有优异的耐热性能，显气孔率低，显气孔孔径小，耐压强度高，耐腐蚀性强，成本经济；本发明所述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，操作简单安全，过程稳定可控。

Description

一种基于氧化锆的耐火材料及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种基于氧化锆的耐火材料及其制备方法。
背景技术
氧化锆是一种重要的耐火原料，熔点高达 2715℃，理化性能优异。与此同时，许多耐火材料为提高使用性能，也会添加一定量的氧化锆。目前，相关材料已应用于钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、机械、锅炉、轻工、电力、军工等国民经济的各个领域，是保证上述产业生产运行和技术发展必不可少的基本材料，在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。
然而，随着市场需求不断多元化发展，对氧化锆耐火制品的综合性能也提出了更加苛刻的要求，现有的氧化锆耐火材料和制备工艺难以在较低的成本限制下满足如此多元的市场需求。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于氧化锆的耐火材料及其制备方法。
技术方案：为了达到上述目的，本发明提供一种基于氧化锆的耐火材料，按照重量计包括如下组分：
氧化锆 100份
氧化硅 3-5份
氧化铝 0.5-1份
稳定剂 6-9份
结合剂 6-9份。
可见，本发明以氧化锆为主要原料，辅以稳定剂、结合剂等助剂，制备得到基于氧化锆的耐火材料，制得的产品具有优良的耐高温性能，适用于各种冶金窑炉。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料，还包括黄糊精0.5-1.2份。黄糊精是一种水溶性结合剂，具有较好的粘合效果，主要在低温段发挥作用，能够较好的保角保楞的作用。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料，还包括木炭2-5份，所述木炭为无定型木炭，粒径d50为3μm，比表面积为150m2/g。在原料中加入少量木炭后，在高温烧成过程中燃烧产生二氧化碳气体，散逸后在制品内部形成大量的孔洞，有效提升产品的隔热性能。优选粒径较小且具有一定比表面积的木炭能。选择此类木炭，燃烧后产生的气孔小而分布均匀，且利于减少开口孔隙占比和减小开口空隙孔径。通常认为，开口空隙孔径小于10μm，耐腐蚀性可以得到显著提高。同时，此类木炭还具有较高的表面能，利于充分燃烧，有效减少残留。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料，所述氧化锆优选为单斜锆微粉。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料，所述稳定剂为氧化镁、氧化钇和硝酸钇按重量计2:3:1的混合物；所述氧化镁d50为5μm，所述氧化钇d50为5μm。稳定剂中的阳离子在氧化锆中有一定溶解度，可以置换出少量的锆离子，形成置换型固溶体，从而阻碍氧化锆的晶型转变。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料，所述结合剂为聚乙烯醇溶液或酚醛树脂溶液。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：混料；
S2：压制成坯；
S3：烧结成型。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，所述步骤S1为：按比例将各组分加入到高速混炼机中混合搅拌均匀，过1mm筛后放入密闭的料槽中静置18h。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，所述步骤S2为：将步骤1中所得的混合料装入模具中，使用液压机压制成型，加压速率 8MPa/s，加压到 180MPa 保压20s。
进一步地，上述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，所述步骤S3为：将步骤2中所得的胚体在60-150℃条件下干燥8-10h，然后在1750-1850℃条件下烧制2-4h，冷却后得所述的基于氧化锆的耐火材料。
有益效果：与现有技术相比，本发明所述的基于氧化锆的耐火材料，具有优异的耐热性能，显气孔率低，显气孔孔径小，耐压强度高，耐腐蚀性强，成本经济；本发明所述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，操作简单安全，过程稳定可控。
具体实施方式
下面通过具体实施例，进一步阐明本发明，这些实施例只是为了说明问题，并不是一种限制。
实施例1
一种基于氧化锆的耐火材料，按照重量计包括如下组分：
氧化锆 100份
氧化硅 3份
氧化铝 1份
稳定剂 8份
结合剂 7份。
本实施例中，还包括黄糊精0.8份。
本实施例中，还包括木炭4份，所述木炭为无定型木炭，粒径d50为3μm，比表面积为150m2/g。
本实施例中，所述氧化锆为单斜锆微粉。
本实施例中，所述稳定剂为氧化镁、氧化钇和硝酸钇按重量计2:3:1的混合物；所述氧化镁d50为5μm，所述氧化钇d50为5μm。
本实施例中，所述结合剂为聚乙烯醇溶液。
本实施例中，所述的基于氧化锆的耐火材料通过以下步骤制备得到：
S1：混料；
S2：压制成坯；
S3：烧结成型。
本实施例中，所述步骤S1为：按比例将各组分加入到高速混炼机中混合搅拌均匀，过1mm筛后放入密闭的料槽中静置18h。
本实施例中，所述步骤S2为：将步骤1中所得的混合料装入模具中，使用液压机压制成型，加压速率 8MPa/s，加压到 180MPa 保压20s。
本实施例中，所述步骤S3为：将步骤2中所得的胚体在120℃条件下干燥10h，然后在1850℃条件下烧制3h，冷却后得所述的基于氧化锆的耐火材料。
分别按GB/T5072.1-1998和GB/T2997-2015对本实施例的常温耐压强度、体积密度和显气孔率进行检测；孔径分布通过压汞法测得。本实施例的耐压强度为355MPa，体积密度为 4.95g/cm3，显气孔率为11%，10μm以上孔隙率为0%。
实施例2
一种基于氧化锆的耐火材料，按照重量计包括如下组分：
氧化锆 100份
氧化硅 3份
氧化铝 0.5份
稳定剂 6份
结合剂 6份。
本实施例中，还包括黄糊精0.5份。
本实施例中，还包括木炭2份，所述木炭为无定型木炭，粒径d50为3μm，比表面积为150m2/g。
本实施例中，所述氧化锆为单斜锆微粉。
本实施例中，所述稳定剂为氧化镁、氧化钇和硝酸钇按重量计2:3:1的混合物；所述氧化镁d50为5μm，所述氧化钇d50为5μm。
本实施例中，所述结合剂为聚乙烯醇溶液或酚醛树脂溶液。
本实施例中，所述的基于氧化锆的耐火材料通过以下步骤制备得到：
S1：混料；
S2：压制成坯；
S3：烧结成型。
本实施例中，所述步骤S1为：按比例将各组分加入到高速混炼机中混合搅拌均匀，过1mm筛后放入密闭的料槽中静置18h。
本实施例中，所述步骤S2为：将步骤1中所得的混合料装入模具中，使用液压机压制成型，加压速率 8MPa/s，加压到 180MPa 保压20s。
本实施例中，所述步骤S3为：将步骤2中所得的胚体在60℃条件下干燥10h，然后在1750℃条件下烧制4h，冷却后得所述的基于氧化锆的耐火材料。
分别按GB/T5072.1-1998和GB/T2997-2015对本实施例的常温耐压强度、体积密度和显气孔率进行检测；孔径分布通过压汞法测得。本实施例的耐压强度为310MPa，体积密度为 4.83g/cm3，显气孔率为10%，10μm以上孔隙率为0%。
实施例3
一种基于氧化锆的耐火材料，按照重量计包括如下组分：
氧化锆 100份
氧化硅 5份
氧化铝 1份
稳定剂 9份
结合剂 6-9份。
本实施例中，还包括黄糊精0.5-1.2份。
本实施例中，还包括木炭2-5份，所述木炭为无定型木炭，粒径d50为3μm，比表面积为150m2/g。
本实施例中，所述氧化锆为单斜锆微粉。
本实施例中，所述稳定剂为氧化镁、氧化钇和硝酸钇按重量计2:3:1的混合物；所述氧化镁d50为5μm，所述氧化钇d50为5μm。
本实施例中，所述结合剂为酚醛树脂溶液。
本实施例中，所述的基于氧化锆的耐火材料通过以下步骤制备得到：
S1：混料；
S2：压制成坯；
S3：烧结成型。
本实施例中，所述步骤S1为：按比例将各组分加入到高速混炼机中混合搅拌均匀，过1mm筛后放入密闭的料槽中静置18h。
本实施例中，所述步骤S2为：将步骤1中所得的混合料装入模具中，使用液压机压制成型，加压速率 8MPa/s，加压到 180MPa 保压20s。
本实施例中，所述步骤S3为：将步骤2中所得的胚体在150℃条件下干燥8h，然后在1850℃条件下烧制2h，冷却后得所述的基于氧化锆的耐火材料。
分别按GB/T5072.1-1998和GB/T2997-2015对本实施例的常温耐压强度、体积密度和显气孔率进行检测；孔径分布通过压汞法测得。本实施例的耐压强度为330MPa，体积密度为 4.98g/cm3，显气孔率为12%，10μm以上孔隙率为3%。
实施例4
一种基于氧化锆的耐火材料，按照重量计包括如下组分：
氧化锆 100份
氧化硅 3份
氧化铝 1份
稳定剂 8份
结合剂 7份。
本实施例中，所述氧化锆为单斜锆微粉。
本实施例中，所述稳定剂为氧化镁、氧化钇和硝酸钇按重量计2:3:1的混合物；所述氧化镁d50为5μm，所述氧化钇d50为5μm。
本实施例中，所述结合剂为聚乙烯醇溶液。
本实施例中，所述的基于氧化锆的耐火材料通过以下步骤制备得到：
S1：混料；
S2：压制成坯；
S3：烧结成型。
本实施例中，所述步骤S1为：按比例将各组分加入到高速混炼机中混合搅拌均匀，过1mm筛后放入密闭的料槽中静置18h。
本实施例中，所述步骤S2为：将步骤1中所得的混合料装入模具中，使用液压机压制成型，加压速率 8MPa/s，加压到 180MPa 保压20s。
本实施例中，所述步骤S3为：将步骤2中所得的胚体在120℃条件下干燥10h，然后在1850℃条件下烧制3h，冷却后得所述的基于氧化锆的耐火材料。
分别按GB/T5072.1-1998和GB/T2997-2015对本实施例的常温耐压强度、体积密度和显气孔率进行检测；孔径分布通过压汞法测得。本实施例的耐压强度为295MPa，体积密度为 5.10g/cm3，显气孔率为18%，10μm以上孔隙率为8%。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于氧化锆的耐火材料，其特征在于：按照重量计包括如下组分：
氧化锆 100份
氧化硅 3-5份
氧化铝 0.5-1份
稳定剂 6-9份
结合剂 6-9份。
2.根据权利要求1所述的基于氧化锆的耐火材料，其特征在于：还包括黄糊精0.5-1.2份。
3.根据权利要求2所述的基于氧化锆的耐火材料，其特征在于：还包括木炭2-5份，所述木炭为无定型木炭，粒径d50为3μm，比表面积为150m2/g。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于氧化锆的耐火材料，其特征在于：所述氧化锆为单斜锆微粉。
5.根据权利要求4所述的基于氧化锆的耐火材料，其特征在于：所述稳定剂为氧化镁、氧化钇和硝酸钇按重量计2:3:1的混合物；所述氧化镁d50为5μm，所述氧化钇d50为5μm。
6.根据权利要求4所述的基于氧化锆的耐火材料，其特征在于：所述结合剂为聚乙烯醇溶液或酚醛树脂溶液。
7.根据权利要求1-6任一项所述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：混料；
S2：压制成坯；
S3：烧结成型。
8.根据权利要求7所述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1为：按比例将各组分加入到高速混炼机中混合搅拌均匀，过1mm筛后放入密闭的料槽中静置18h。
9.根据权利要求7所述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2为：将步骤1中所得的混合料装入模具中，使用液压机压制成型，加压速率 8MPa/s，加压到180MPa 保压20s。
10.根据权利要求7所述的基于氧化锆的耐火材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S3为：将步骤2中所得的胚体在60-150℃条件下干燥8-10h，然后在1750-1850℃条件下烧制2-4h，冷却后得所述的基于氧化锆的耐火材料。
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