CN112408979A - 转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷及其制备方法，其原料的重量份组成为：电熔镁部分稳定氧化锆细粉10～20；电熔单斜氧化锆微粉50～60；化学法单斜氧化锆微粉10～20；化学法氧化镁微粉1～3；钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉10～20；结合剂8～14。本申请的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷具有优异的抗冲刷性能和抗剥落性能等。

Description

转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷及其制备方法
技术领域
本申请涉及氧化锆陶瓷技术领域，特别是涉及转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷及其制备方法。
背景技术
目前，在钢铁企业生产净洁钢的工艺中，滑板技术已被广泛地应用于钢水的控流。滑板材质一般采用铝碳质、铝锆碳质、碳镁质和镁尖晶石碳质等，但在使用过程中存在扩孔、铸孔拉脱、板面氧化拉毛夹钢等问题，尤其是转炉挡渣滑板，其工况条件严苛，使用温度超过1600℃，使用寿命远远高于钢包和中间包滑板，因而对滑板的抗冲刷性能和抗热震性能有更高的要求。
为延长滑板的使用寿命，可在滑板的板面和铸孔镶嵌高熔点的氧化锆材料，但现有大部分滑板用氧化锆存在制备工艺复杂，致密度偏低，耐压强度、抗剥落性能以及抗冲刷性能不能兼顾，使用寿命短等问题。
发明内容
本申请旨在提供一种转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，同时具有优良的耐压强度、抗冲刷性以及抗剥落性等，以解决现有技术存在的上述问题。
本申请的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，原料的重量份组成为：
Figure BDA0002776639880000011
转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷以电熔单斜氧化锆微粉为主料，引入部分稳定氧化锆成分，优化单斜相与稳定相的占比，同时引入高活性的化学法氧化锆和化学法氧化镁，使原料各组分能够充分混匀并烧结，提升氧化锆陶瓷的致密度和强度。
为了优化氧化锆陶瓷的基质组织结构，在原料中还引入钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉，其为固含量为60％的钙部分稳定氧化锆浆料在喷雾造粒塔中高压雾化喷出干燥而制备的-80目球形造粒料，再经1000～1300℃预烧以获得一定的强度，预烧后体积收缩约10％，粒度变为90～100目，ZrO2+HfO2+CaO含量≥99wt％，稳定相＝70～85vol％。经过预烧的钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉在后续的搅拌和压制过程中，其造粒结构不会被破坏，仍以球形结构保留在成品中，并能实现与其他组分在高温烧成过程中的收缩率接近。
可选的，所述电熔镁部分稳定氧化锆细粉的粒度为-325目，所述电熔镁部分稳定氧化锆细粉中ZrO2+HfO2+MgO含量≥99wt％，其稳定相为50～70vol％。
可选的，所述电熔单斜氧化锆微粉的粒度D50≤2μm，ZrO2+HfO2含量≥99.0wt％。
可选的，所述化学法单斜氧化锆微粉的粒度D50≤4μm，ZrO2+HfO2含量≥99.0wt％。
可选的，所述化学法氧化镁微粉的粒度D50≤6μm，MgO含量≥98.5％。
可选的，所述结合剂的原料重量份组成为：
Figure BDA0002776639880000021
其中，环保胶作为原料的粘结剂，主要成分为聚乙烯醇。
在结合剂溶液中引入醋酸镁和醋酸钙，以Mg2+和Ca2+作为单斜氧化锆的稳定剂，更容易实现小剂量稳定剂在配料中的均化，使原位生成的稳定氧化锆在微观状态下达到均匀分布，提高本发明的烧成合格率和质量稳定性。醋酸根离子在后续的升温烧成过程中会以CO2形式逸出，既不会损坏烧成炉衬，也不会污染环境。
本申请还提供了转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将电熔镁部分稳定氧化锆细粉、电熔单斜氧化锆微粉、化学法单斜氧化锆微粉和化学法氧化镁混合均匀，得到混合料A；
(2)将混合料A、钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉和结合剂混匀后过筛，得到球形造粒料；
(3)将所述球形造粒料进行脱水；
(4)将脱水后的球形造粒料压制成型，制得陶瓷坯体；
(5)干燥所述陶瓷坯体；
(6)将干燥后的陶瓷坯体在1700～1750℃下烧结6～8h，制得氧化锆陶瓷。
(7)所述氧化锆陶瓷经检验合格后进行包装。
步骤(2)中可采用倾斜式高速造粒设备拌料，一方面有效地将原料各组分混合均匀，另一方面可在较短时间内迅速制备出粒度在0.1～1.5mm致密的球形造粒料，便于后期压制成型，也优化了坯体的显微结构，颗粒之间以点接触居多，替代了传统破碎造粒料之间的咬合式接触，有利于氧化锆陶瓷在冷热冲击下热应力的释放，提升其抗剥落性能。
步骤(3)球形造粒料可在高效沸腾干燥机中脱水至含水量≤3.5wt％，减少含水量，有利于坯体的成型和烧结。
步骤(4)中，球形造粒料可通过液压方式压制成型，压力要求在170～200MPa，制得所述陶瓷坯体的体积密度为4.2～4.4g/cm3，该成型工艺不会破坏陶瓷坯体中球形颗粒结构，经高温烧结后的氧化锆陶瓷成品的合格率>95％。
步骤(5)中陶瓷坯体在干燥过程中需平铺，避免损坏或变形，干燥至含量水≤0.5％后可进行高温烧结。
本方法制备的所述氧化锆陶瓷的体积密度为5.25～5.40g/cm3，耐压强度为300～450MPa，单斜相为75～65vol％，稳定相为25～35vol％。
本申请制备的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷具有均一的球形造粒料点接触显微结构，合理的单斜相和稳定相占比，很高的致密度和强度，冷热冲击下体积变化率较低，表现出优异的抗冲刷性能和抗剥落性能，适合作为滑板板面和铸孔的镶嵌耐火材料。
附图说明
图1为转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本申请所述的技术方案做进一步的说明，但本申请不仅限于此。
实施例1
按重量份计，将15份-325目电熔镁部分稳定氧化锆细粉、59份电熔单斜氧化锆(D50＝2μm)、10份化学单斜氧化锆微粉(D50＝4μm)、1份化学氧化镁微粉(D50＝6μm)在球磨机中混匀2h，得到混合料A；将混合料A、15份钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉、结合剂10份(环保胶3份、醋酸镁2份、醋酸钙1份、水4份)在倾斜式高速造粒设备进行高速搅拌混匀并造粒，过筛得到球形造粒料，然后在高效沸腾干燥机中脱水至含水量2.5wt％；将脱水后的球形造粒料在液压机上成型，压力为170MPa，制得陶瓷坯体，经测试其体积密度为4.2g/cm3；再将原料坯体平铺在市售的瓷砖面上，放入烘箱干燥至含水量为0.5％，制得陶瓷坯体，然后放入窑炉中，升温至1730℃烧结6h；烧成出窑的氧化锆陶瓷经检验后进行包装。
使用扫描电子显微镜检测氧化锆陶瓷的内部结构，如图1所示，氧化锆陶瓷具有均一的球形造粒料点接触显微结构。
经测试，氧化锆陶瓷的体积密度为5.25g/cm3、耐压强度320MPa，其单斜相为75vol％，稳定相为25vol％。
该氧化锆陶瓷经1100℃水冷抗热震试验8次后无裂纹出现，将其作为镶嵌材料用于钢厂100吨转炉挡渣滑板上，使用寿命25次，熔损速率为1mm/炉，无异常剥落现象。
实施例2
按重量份计，将12份-800目电熔镁部分稳定氧化锆细粉、60份电熔单斜氧化锆(D50＝1.5μm)、13份化学单斜氧化锆微粉(D50＝2.5μm)和1.5份化学氧化镁微粉(D50＝4μm)在球磨机中混匀3h，得到混合料A；将混合料A、13.5份钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉、11份结合剂(环保胶3份、醋酸镁2份、醋酸钙2份、水4份)在倾斜式高速造粒设备进行高速搅拌混匀造粒，过筛得到球形造粒料，然后在高效沸腾干燥机中脱水至含水量3.0wt％；将脱水后的球形造粒料在液压机上成型，最高压力为185MPa，制得陶瓷坯体，经测试其体积密度为4.3g/cm3；再将原料坯体平铺在市售的瓷砖面上，放入烘箱干燥至含水量为0.4％，制得陶瓷坯体，然后放入窑炉中，升温至1750℃烧结8h，烧成出窑的氧化锆陶瓷经检验后进行包装。
经测试，氧化锆陶瓷的体积密度为5.32g/cm3、耐压强度380MPa，单斜相为70vol％，稳定相为30vol％。
该氧化锆陶瓷经1100℃水冷抗热震试验8次后无裂纹出现，将其作为镶嵌材料用于钢厂250吨转炉挡渣滑板上，使用寿命21次，熔损速率为1.4mm/炉，无异常剥落现象。
实施例3
按重量份计，将10份-1000目电熔镁部分稳定氧化锆细粉、62份电熔单斜氧化锆(D50＝1.0μm)、12份化学单斜氧化锆微粉(D50＝1.5μm)和2份化学氧化镁微粉(D50＝3μm)在球磨机中混匀4h，得到混合料A；将混合料A、14份钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉、12份结合剂(环保胶4份、醋酸镁1.5份、醋酸钙1.5份、水5份)在倾斜式高速造粒设备进行高速搅拌混匀造粒，过筛得到球形造粒料，然后在高效沸腾干燥机中脱水至含水量3.5％；将脱水后的球形造粒料在液压机上成型，最高压力为200MPa，制得陶瓷坯体，经测试其体积密度为4.4g/cm3；再将原料坯体平铺在市售的瓷砖面上，放入烘箱干燥至含水量为0.3％，制得陶瓷坯体，然后放入窑炉中，升温至1740℃烧结7h；烧成出窑的氧化锆陶瓷经检验后进行包装。
经测试，氧化锆陶瓷的体积密度为5.40g/cm3、耐压强度430MPa，单斜相为65vol％，稳定相为35vol％。
该氧化锆陶瓷经1100℃水冷抗热震试验8次后无裂纹出现，将其作为镶嵌材料用于某钢厂350吨转炉挡渣滑板上，使用寿命18次，熔损速率为1.5mm/炉，无异常剥落现象。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，其特征在于，原料的重量份组成为：
Figure FDA0002776639870000011
2.根据权利要求1所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，其特征在于，所述电熔镁部分稳定氧化锆细粉的粒度为-325目，ZrO2+HfO2+MgO含量≥99wt％，稳定相为50～70vol％。
3.根据权利要求1所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，其特征在于，所述电熔单斜氧化锆微粉的粒度D50≤2μm，ZrO2+HfO2含量≥99.0wt％。
4.根据权利要求1所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，其特征在于，所述化学法单斜氧化锆微粉的粒度D50≤4μm，ZrO2+HfO2含量≥99.0wt％。
5.根据权利要求1所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，其特征在于，所述化学法氧化镁微粉的粒度D50≤6μm，MgO含量≥98.5wt％。
6.根据权利要求1所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，其特征在于，所述钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉的粒度为90～100目，ZrO2+HfO2+CaO含量≥99wt％，稳定相为70～85vol％。
7.根据权利要求1所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷，其特征在于，所述结合剂的原料重量份组成为：
Figure FDA0002776639870000012
8.权利要求1～7任一所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将电熔镁部分稳定氧化锆细粉、电熔单斜氧化锆微粉、化学法单斜氧化锆微粉和化学法氧化镁混合均匀，得到混合料A；
(2)将混合料A、钙部分稳定氧化锆喷雾造粒粉和结合剂混匀后过筛，得到球形造粒料；
(3)将所述球形造粒料进行脱水；
(4)将脱水后的球形造粒料压制成型，制得陶瓷坯体；
(5)干燥所述陶瓷坯体；
(6)将干燥后的陶瓷坯体在1700～1750℃下烧结6～8h，制得氧化锆陶瓷；
(7)所述氧化锆陶瓷经检验合格后进行包装。
9.根据权利要求8所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，所述球形造粒料的粒度为0.1～1.5mm；所述陶瓷坯体的体积密度为4.2～4.4g/cm3。
10.根据权利要求8所述的转炉挡渣滑板用氧化锆陶瓷的制备方法，所述氧化锆陶瓷的体积密度为5.25～5.40g/cm3，耐压强度为300～450MPa，单斜相为65～75vol％，稳定相为25～35vol％。
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