一種氧化鋯定徑水口的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化鋯定徑水口的制備方法，以氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯骨料，配以單斜氧化鋯和氧化鎂組成的共磨細(xì)粉，加入氧化鋯凝膠結(jié)合劑，經(jīng)混煉、困料后成型，然后在電窯中燒成，控制共磨細(xì)粉中氧化鎂濃度大于骨料中氧化鎂含量0.2～0.5％，共磨細(xì)粉中單斜氧化鋯燒成過程中反應(yīng)，部分形成穩(wěn)定氧化鋯。利用濃度差，控制骨料中的氧化鎂脫溶。然后按一定比例將骨料和共磨粉混合，加入適量氧化鋯凝膠結(jié)合劑，壓制成型，105±5℃條件下干燥24h，在1710℃～1720℃溫度下燒結(jié)，制得氧化鋯定徑水口，其使用壽命可達(dá)34h以上。用后殘樣顯微結(jié)構(gòu)分析顯示穩(wěn)定劑脫溶數(shù)量極少，氧化鋯顆?；緹o相變破裂。
【專利說明】一種氧化鋯定徑水口的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有關(guān)鋼鐵冶金工業(yè)中連續(xù)鑄造中間包用控制鋼水流量的裝置用功能耐火材料的制備，具體是一種氧化鋯質(zhì)定徑水口的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]定徑水口是指安裝在連續(xù)鑄造中間包底部的一種高溫結(jié)構(gòu)陶瓷制作的功能器件。其主要作用是中間包鋼水靜壓力基本維持不變，鋼水通過定徑水口流入結(jié)晶器，結(jié)晶器通過大流量水冷，帶走鋼液凝固時(shí)放出的熱量，使鋼水凝固成坯。由于結(jié)晶器水冷帶走的熱量有限，因而，單位時(shí)間內(nèi)流入結(jié)晶器的鋼液數(shù)量必須在一定范圍之內(nèi)。定徑水口的孔徑愈大，單位時(shí)間流入結(jié)晶器鋼液數(shù)量愈多，選擇合適的孔徑制成中間包用水口，即為定徑水口。定徑水口失效的主要原因是由于鋼水流動(dòng)過程中與氧化鋯中的穩(wěn)定劑反應(yīng)，穩(wěn)定劑脫溶，進(jìn)而引起氧化鋯失穩(wěn)，顆粒破例，強(qiáng)度大幅度降低，抗沖刷性能下降造成擴(kuò)徑，使流入結(jié)晶器的鋼水凝固放出的熱量大于結(jié)晶器冷卻水所能帶走的熱量而退出使用。
[0003]氧化鋯質(zhì)定徑水口中氧化鋯的含量(wt% ) 一般為95%左右，實(shí)際使用壽命為10小時(shí)左右。使用壽命短的主要原因是氧化鋯穩(wěn)定劑脫溶，穩(wěn)定劑與鋼、渣中的其他元素形成低熔點(diǎn)共熔物，共熔物流失，氧化鋯失穩(wěn)，顆粒破裂，強(qiáng)度大幅度降低，抗沖刷性能下降造成擴(kuò)徑，從而造成氧化鋯質(zhì)定徑水口使用壽命短。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，提供一種氧化鋯質(zhì)定徑水口制備新方法，通過添加物阻止預(yù)穩(wěn)定的氧化鋯顆粒穩(wěn)定劑脫溶，定徑水口燒成過程中基質(zhì)部分添加物與單斜氧化鋯形成新的穩(wěn)定相，性能超過了全部用部分穩(wěn)定氧化鋯所制備的定徑水口的性能，使用壽命可達(dá)30小時(shí)以上。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0006]一種氧化鋯定徑水口的制備方法，其特征在于，該方法以氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯為骨料，配以單斜氧化鋯和氧化鎂組成的共磨細(xì)粉，加入氧化鋯凝膠結(jié)合劑，經(jīng)混煉、困料后成型，然后在電窯中燒成，具體按照下列步驟進(jìn)行:
[0007]I)單斜氧化鋯微粉和氧化鎂微粉的共磨粉制備
[0008]共磨細(xì)粉采用單斜氧化鋯和氧化鎂微粉，其中:
[0009]單斜氧化鋯的粒度組成為:d5。= 0.8~0.9 μ m，d9。< 4.0 μ m ;
[0010]氧化鎂微粉的粒度組成為:d5Q = 0.3~0.5 μ m，d9Q < 2.0 μ m ;
[0011 ] 單斜氧化鋯微粉化學(xué)的重量百分比組成中，Zr02+Hf02 > 99%, SiO2 < 0.1% ；
[0012]氧化鎂微粉的化學(xué)重量百分比組成中，MgO > 99%, SiO2 < 0.2% ；
[0013] 按照單斜氧化鋯微粉:氧化鎂微粉=(97.1~96.8): (2.9~3.2)配成共磨細(xì)粉，單斜氧化鋯與氧化鎂的比例必須保證共磨粉中氧化鎂的含量大于骨料中氧化鎂含量，即控制在共磨粉中氧化鎂的含量大于骨料中氧化鎂含量0.2~0.5% ;共磨細(xì)粉裝入聚氨酯球磨罐中，采用氧化鋯質(zhì)瓷球，共磨24小時(shí)，使單斜氧化鋯與氧化鎂充分混勻；
[0014]2)按骨料:共磨細(xì)粉=45:55配料，加入配料總量8%的氧化鋯凝膠結(jié)合劑，混煉45分鐘，混煉好的泥料困料24小時(shí)，然后采用150t液壓機(jī)成型；
[0015]3)成型后的坯體自然干燥24小時(shí)后，再于105±5°C烘箱中再干燥24小時(shí)；干燥后合格坯體于1710~1720°C的電窯中保溫6個(gè)小時(shí)燒成，制得氧化鋯質(zhì)定徑水口。
[0016]本發(fā)明制備的氧化鋯質(zhì)定徑水口性能超過了全部用部分穩(wěn)定氧化鋯所制備的定徑水口的性能，使用壽命可達(dá)34小時(shí)以上。用后殘樣顯微結(jié)構(gòu)分析顯示穩(wěn)定劑脫溶數(shù)量極少，氧化鋯顆粒基本無相變破裂。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的定徑水口的制備工藝流程圖。
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0019]2003年， 申請人:(西安建筑科技大學(xué))承擔(dān)了陜西省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目“斜鋯石剛玉共析體細(xì)結(jié)晶高溫陶瓷開發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào)2003K07-G9)，以及承擔(dān)的陜西省西安市工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目“氧化鋯復(fù)合彌散剛玉相特種高溫陶瓷(編號(hào)GG200347) ” ；2010年承擔(dān)了濟(jì)南泉城學(xué)者建設(shè)工程項(xiàng)目“Zr02/Al203復(fù)相材料的研究和在連鑄功能材料中的應(yīng)用”， 申請人:的發(fā)明人獲濟(jì)南“泉城學(xué)者”榮譽(yù)稱號(hào)；2013年，在前期研究工作基礎(chǔ)上承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“氧化 鋯定徑水口穩(wěn)定劑脫溶顆粒破裂機(jī)理及壽命提高研究”(項(xiàng)目編號(hào)51372193)。根據(jù)所承擔(dān)項(xiàng)目研究氧化鋯質(zhì)定徑水口損毀機(jī)理和提高使用壽命，研究成果表明，氧化鋯質(zhì)定徑水口損毀的主要過程是半穩(wěn)定氧化鋯中的穩(wěn)定劑氧化鎂由于其活性高，在使用過程中首先與鋼液或鋼渣中的成分反應(yīng)形成低熔物流失，氧化鋯中的氧化鎂穩(wěn)定劑脫溶后，氧化鋯發(fā)生相變，產(chǎn)生裂紋，氧化鋯顆粒破裂，大顆粒分裂成為許多小顆粒，氧化鋯定徑水口強(qiáng)度大幅度下降，抗鋼水和渣的沖刷性能下降，小顆粒沖刷流失，造成定徑水口擴(kuò)徑下線，因此設(shè)計(jì)了抑制穩(wěn)定氧化鋯穩(wěn)定劑脫溶新工藝。
[0020]本發(fā)明的氧化鋯定徑水口的制備方法，以氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯為骨料，配以單斜氧化鋯和氧化鎂組成的共磨細(xì)粉，加入氧化鋯凝膠結(jié)合劑，經(jīng)混煉、困料后成型，然后在電窯中燒成，具體按照下列步驟進(jìn)行:
[0021]I)部分穩(wěn)定氧化鋯骨料的選取
[0022]目前市場上可提供的部分穩(wěn)定氧化鋯有氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯、氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯、氧化鈣部分穩(wěn)定氧化鋯和氧化鎂氧化鈣復(fù)合部分穩(wěn)定氧化鋯。本實(shí)施例中，骨料采用氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯，所購置的氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯骨料的化學(xué)組成為(wt%):ZrO2 = 95.12，HfO2 = 2.14，MgO = 2.69，CaO = 0.02，Al2O3 = 0.03。
[0023]2)單斜氧化鋯微粉和氧化鎂微粉的共磨細(xì)粉制備
[0024]共磨細(xì)粉采用單斜氧化鋯和氧化鎂微粉，其中:
[0025]單斜氧化鋯的粒度組成為:d5。= 0.8~0.9 μ m，d9。< 4.0 μ m ;
[0026]氧化鎂微粉的粒度組成為:d5。= 0.3~0.5 μ m，d9。< 2.0 μ m ;
[0027]單斜氧化鋯微粉化學(xué)組成(wt% ):Zr02+Hf02 > 99，SiO2 < 0.1 ；[0028]氧化鎂微粉的化學(xué)組成(wt% ):MgO > 99，SiO2 < 0.2。
[0029]按照單斜氧化鋯微粉:氧化鎂微粉=(97.1~96.8): (2.9~3.2)(質(zhì)量比)進(jìn)行精確稱量配成共磨細(xì)粉，共磨細(xì)粉裝入聚氨酯球磨罐中，采用氧化鋯質(zhì)瓷球，共磨24小時(shí)，保證單斜氧化鋯微粉與氧化鎂微粉充分混勻。
[0030]單斜氧化鋯與氧化鎂的比例必須保證共磨粉中氧化鎂的含量大于骨料中氧化鎂含量，一般控制在共磨粉中氧化鎂的含量大于骨料中氧化鎂含量0.2~0.5%。按此成分配置，在燒成初期，共磨細(xì)粉中氧化鎂還未與單斜氧化鋯形成固溶體，共磨細(xì)粉中的氧化鎂濃度遠(yuǎn)大于骨料的氧化鎂濃度，骨料中的氧化鎂不會(huì)脫溶。隨著燒成溫度提高和時(shí)間的延長，共磨細(xì)粉中部分氧化鎂固溶于單斜氧化鋯，部分形成穩(wěn)定氧化鋯。達(dá)到燒成溫度后，共磨細(xì)粉中形成的穩(wěn)定氧化鋯數(shù)量達(dá)到最大值。
[0031]冷卻過程中，從理論上講氧化鎂穩(wěn)定劑要脫溶，但共磨細(xì)粉中的氧化鎂濃度大于骨料的氧化鎂濃度，因此，骨料中的氧化鎂不會(huì)脫溶。共磨細(xì)粉中形成的穩(wěn)定氧化鋯冷卻過程中，由于存在游離氧化鎂，氧化鎂的脫溶難以進(jìn)行。未形成固溶體的單斜氧化鋯，高溫時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆窖趸?，冷卻過程中發(fā)生相變，轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毖趸啠a(chǎn)生體積效應(yīng)，基質(zhì)部分產(chǎn)生可控制數(shù)量的微裂紋；微裂紋的存在有利于定徑水口韌性和熱震穩(wěn)定性的提高，可防止定徑水口出現(xiàn)開澆炸裂問題。
[0032]3)氧化鋯凝膠結(jié)合劑的制備 [0033]按重量百分比取ZrOCl2.8H20制備母液，母液中，ZrOCl2.8H20的濃度為0.5~
2.0Mol/L，加入母液總重量1.2%的分散劑PEG，NH4 (OH)正滴定，攪拌至pH = 7~10，制得凝膠，凝膠陳化9h~16h，-0.095MPa真空吸濾，去離子水洗滌至硝酸銀檢測不到Cl—為止，即作為氧化鋯凝膠結(jié)合劑。
[0034]4)按骨料:共磨細(xì)粉=45:55配料，加入配料總量8%的氧化鋯凝膠結(jié)合劑，混煉45分鐘?；鞜捄玫哪嗔侠Я?4小時(shí)，然后采用150t液壓機(jī)成型；
[0035]成型后的坯體自然干燥24小時(shí)后，于105±5°C的烘箱中干燥24小時(shí)，干燥后合格坯體于電窯中，在1710°C~1720°C溫度下，保溫6個(gè)小時(shí)燒成制得氧化鋯質(zhì)定徑水口。
[0036]以下是發(fā)明人給出的實(shí)施例。
[0037]實(shí)施例1:
[0038]步驟一，選取氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯骨料的化學(xué)組成為(wt% ) =ZrO2 = 95.12，HfO2 = 2.14，MgO = 2.69，CaO = 0.02，Al2O3 = 0.03 ;粒度組成為 O ~0.5mm。
[0039]單斜氧化錯(cuò)微粉化學(xué)組成(wt%):ZrO2+HfO2 = 99.5, SiO2 = 0.07, Fe2O3 = 0.01,余量為雜質(zhì)；
[0040]氧化鎂微粉的化學(xué)組成(wt%):MgO = 99.0, SiO2 = 0.17, CaO = 0.21, Al2O3 =
0.13，余量為雜質(zhì)。
[0041]單斜氧化錯(cuò)的粒度組成為:d50 = 0.845 μ m, d90 = 3.89 μ m ；
[0042]氧化鎂微粉的粒度組成為:d5。= 0.337 μ m，d90 < 1.975 μ m。
[0043]按質(zhì)量百分比單斜氧化鋯微粉:氧化鎂微粉=96.8:3.2配料，配料裝入聚氨酯球磨罐中，采用氧化鋯質(zhì)瓷球，共磨24小時(shí)，制得共磨細(xì)粉。
[0044]步驟二，按重量百分比取ZrOCl2.8H20制備母液，母液中ZrOCl2.8H20濃度為
0.5Mol/L，加入母液總重量1.2%的分散劑PEG，NH4 (OH)正滴定，攪拌至PH = 7~10，制得凝膠。凝膠陳化12h，-0.095MPa真空吸濾，去離子水洗滌至硝酸銀檢測不到Cl_為止，制得
氧化鋯凝膠結(jié)合劑。
[0045]步驟三，按照質(zhì)量比，骨料:共磨細(xì)粉=45:55配料。
[0046]取配料5kg，外加氧化鋯凝膠結(jié)合劑8 %，即0.40kg,混煉45分鐘，混合制得坯料。混煉好的坯料困料24小時(shí)。
[0047]步驟四，制得的坯料裝入模具，用150t液壓機(jī)于150MPa成型，成型坯體自然干燥24小時(shí)后，于105±5°C條件下再干燥24h，然后在1710°C溫度下燒結(jié)，制得的定徑水口其使用壽命可達(dá)34h。用后殘樣顯微結(jié)構(gòu)分析顯示穩(wěn)定劑脫溶數(shù)量極少，氧化鋯顆?；緹o相變破裂。
[0048]實(shí)施例2:
[0049]本實(shí)施例和實(shí)施例1所不同的是:步驟一中的按質(zhì)量百分比單斜氧化鋯微粉:氧化鎂微粉=97.1:2.9，即控制共磨粉中氧化鎂含量與氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯骨料中氧化鎂的濃度差為下限值0.2%，其余步驟相同。制得的定徑水口其使用壽命可達(dá)34h以上。
[0050]實(shí)施例3:
[0051] 本實(shí)施例和實(shí)施例1所不同的是:步驟三中用150t液壓機(jī)于150MPa機(jī)壓成型后，再于230MPa壓力下采用冷等靜壓二次成型，燒結(jié)溫度調(diào)整為1720°C，制得的氧化鋯質(zhì)定徑水口其使用壽命可達(dá)38h。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化鋯定徑水口的制備方法，其特征在于，該方法以氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯骨料，配以單斜氧化鋯和氧化鎂組成的共磨細(xì)粉，加入氧化鋯凝膠結(jié)合劑，經(jīng)混煉、困料后成型，然后在電窯中燒成，具體按照下列步驟進(jìn)行: 1)單斜氧化鋯微粉和氧化鎂微粉的共磨粉制備 共磨細(xì)粉采用單斜氧化鋯和氧化鎂微粉，其中: 單斜氧化錯(cuò)的粒度組成為:d5。= 0.8~0.9 μ m, d9。< 4.0 μ m ; 氧化鎂微粉的粒度組成為:d5Q = 0.3~0.5 μ m，d9Q < 2.0 μ m ; 單斜氧化鋯微粉化學(xué)的重量百分比組成中，Zr02+Hf02 > 99%, SiO2 < 0.1% ； 氧化鎂微粉的化學(xué)重量百分比組成中，MgO > 99%, SiO2 < 0.2% ； 按照單斜氧化鋯微粉:氧化 鎂微粉=(97.1~96.8): (2.9~3.2)配成共磨細(xì)粉，單斜氧化鋯與氧化鎂的質(zhì)量比例要保證共磨粉中氧化鎂的含量大于骨料中氧化鎂含量，即控制在共磨粉中氧化鎂的含量大于骨料中氧化鎂含量0.2~0.5% ;共磨細(xì)粉裝入聚氨酯球磨罐中，采用氧化鋯質(zhì)瓷球，共磨24小時(shí)，使單斜氧化鋯與氧化鎂充分混勻； 2)按骨料:共磨細(xì)粉=45:55配料，加入配料總量8%的氧化鋯凝膠結(jié)合劑，混煉45分鐘，混煉好的泥料困料24小時(shí)，然后采用150t液壓機(jī)成型； 3)成型后的坯體自然干燥24小時(shí)后，再于105±5°C烘箱中再干燥24小時(shí)；干燥后合格坯體于1710~1720°C的電窯中保溫6個(gè)小時(shí)燒成制得氧化鋯質(zhì)定徑水口。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯骨料的化學(xué)組成重量百分比為:Zr02:95.12%, HfO2:2.14%, MgO:2.69%, CaO:0.02%, Al2O3:0.03%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氧化鋯凝膠結(jié)合劑的制備方法是: 按重量百分比取ZrOCl2.8H20制備母液，母液中的ZrOCl2.8H20濃度為0.5~2.0Mol/L，加入母液總重量1.2%的分散劑PEG，NH4 (OH)正滴定，攪拌至pH = 7~10，制得凝膠；凝膠陳化9h~16h，-0.095MPa真空吸濾，去離子水洗滌至硝酸銀檢測不到Cl—為止，即得到氧化鋯凝膠結(jié)合劑。
【文檔編號(hào)】C04B35/66GK103979980SQ201410190638
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】薛群虎, 趙亮, 武志紅, 張會(huì) 申請人:西安建筑科技大學(xué)