本發(fā)明屬于耐火材料，具體涉及zro2摻雜cma材料及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、為了實(shí)現(xiàn)鋼鐵冶煉過(guò)程中的節(jié)能降耗，工業(yè)爐的爐襯材料通常由多層構(gòu)成，工作層采用重質(zhì)材料，隔熱層采用多孔的隔熱材料。工作層直接鋼液接觸，其性能和應(yīng)用直接關(guān)系到鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)的效率和安全，這就要求工作層耐火材料具有優(yōu)異的耐高溫性能、穩(wěn)定性、抗熱震性能和抗渣侵蝕性能。隔熱層采用多孔隔熱材料，從而減少爐體熱量損失，使?fàn)t體溫度分布均勻，防止?fàn)t體結(jié)構(gòu)損壞。由于不同層材料的性質(zhì)差異，在使用的過(guò)程中很容易產(chǎn)生裂紋和脫落。采用組分相近的材料作為爐體的工作層及隔熱層，能夠保證工業(yè)爐窯在安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)具有高效的隔熱保溫性能，從而減少散熱損失和蓄熱損失達(dá)到節(jié)能的目的。

2、a12o3-mgo-cao三元體系耐火材料在結(jié)構(gòu)和功能方面具有優(yōu)異性能，已經(jīng)成為綠色高溫耐火材料研究熱點(diǎn)。其中，a12o3-mgo-cao三元系富鋁部分中典型的高熔點(diǎn)化合物鎂鋁尖晶石(mgal2o4,簡(jiǎn)寫為ma)和六鋁酸鈣(caal12o19,簡(jiǎn)寫為ca6)具有熔點(diǎn)高、穩(wěn)定性強(qiáng)、熱震穩(wěn)定性強(qiáng)、對(duì)熔融金屬/渣的潤(rùn)濕性低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石化及鋁行業(yè)。但是，由于ca6和ma的穩(wěn)定區(qū)域和結(jié)晶習(xí)性相差較大，合成致密的ca6/ma復(fù)相材料相對(duì)困難，極大限制了以ca6/ma復(fù)相材料為體系的工業(yè)爐窯一體化設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

3、ca2mg2al28o46(簡(jiǎn)寫為c2m2a14)和camg2al16o27(簡(jiǎn)寫為cm2a8)統(tǒng)稱為cma，是mgo在ca6中的兩種有限固溶體，兼具ma和ca6的優(yōu)良特性，已在潔凈鋼冶煉、高溫合金熔煉等領(lǐng)域得到初步應(yīng)用。然而，目前cma材料的制備工藝復(fù)雜、成本較高，嚴(yán)重限制了其工業(yè)化應(yīng)用。一方面，生產(chǎn)cma所用的原料主要為氧化鋁源、鈣源及鎂源，三種原料混合的均勻性決定了所制備的cma材料的物理性能及純度。制備cma材料通常采用濕混法進(jìn)行混料，但是濕法混料時(shí)需要先將al2o3、caco3和mgco3粉末混合均勻，再干燥、粉碎后壓制成坯體，這在很大程度上增加了制備流程和制備成本，而且由于粉體密度及顆粒粒徑的差異，濕法混合獲得的混合粉料在干燥的過(guò)程中也極易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

4、另一方面，可以采用電熔法、熱壓法和兩步燒結(jié)法等方法制備cma材料，這些方法雖然能夠制備出較為致密的cma材料，但都存在工藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、能耗大等缺點(diǎn)，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化制備。

5、一步燒結(jié)法能夠有效縮減制備流程、降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到耐火材料的工業(yè)化制備中，但仍難以實(shí)現(xiàn)對(duì)cma材料結(jié)構(gòu)功能的一體化調(diào)控，極大限制其在工業(yè)爐爐襯領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，一方面，一些實(shí)施例公開(kāi)了zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，包括步驟：

2、s1、氧化鋁源、氧化鈣源與氧化鎂源按照設(shè)定比例混合，得到混合原料，混合原料中加入添加劑二氧化鋯，采用混料機(jī)得到原料混合物；其中，氧化鋁源、氧化鈣源與氧化鎂源的粒度相當(dāng)，二氧化鋯與混合源料的質(zhì)量比不大于4％，混料機(jī)混合時(shí)間為1～6h；

3、s2、原料混合物攪拌混合，加入水粘結(jié)劑，得到均勻混合物料；其中，水與原料混合物的質(zhì)量比為5～50％；

4、s3、均勻混合物料在壓力80～120mpa下壓制成型，得到生坯；

5、s4、生坯在空氣氣氛下、1650～1750℃下燒制，保溫3～10h，得到zro2摻雜cma材料；zro2摻雜cma材料僅含有c2m2a14和cm2a8相，zr離子在cma晶粒中均勻分布；zro2摻雜cma材料中c2m2a14相的含量控制在80～100％，zro2摻雜cma的體積密度控制在2.0～3.17g/cm3之間，氣孔率控制在45.5～10.4％之間，吸水率在20.8～3.4％之間，熔點(diǎn)提高10℃以上。

6、進(jìn)一步，一些實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，步驟s1中，氧化鋁源的平均粒徑不大于56μm，氧化鎂源的平均粒徑不大于56μm，氧化鈣源的平均粒徑不大于56μm，二氧化鋯的平均粒度不大于6μm。

7、一些實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，步驟s1中，氧化鋁源為al2o3，氧化鈣源為caco3，氧化鎂源為mgo；其中，al2o3、caco3、mgo的質(zhì)量比為83.56～85.29:11.72～11.75:4.72～2.96。

8、一些實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，步驟s1中，氧化鋁源為al2o3，氧化鈣源為cao，氧化鎂源為mgo，其中，al2o3、cao、mgo的質(zhì)量比為88.83～89.94：6.94：4.23～3.12。

9、一些實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，步驟s1中，氧化鋁源為al2o3，氧化鈣源為cao，氧化鎂源為mg(oh)2，其中，al2o3、cao、mg(oh)2的質(zhì)量比為86.18～88.70：6.78～6.85：7.04～4.45。

10、一些實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，步驟s1中，氧化鋁源為al2o3，氧化鈣源為cao，氧化鎂源為mgco3，其中，al2o3、cao、mgco3的質(zhì)量比為83.56～86.98：6.57～6.71：9.87～6.31。

11、一些實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，步驟s1中，氧化鋁源為al2o3，氧化鈣源為caco3，氧化鎂源為mgco3，其中，al2o3、caco3、mgco3的質(zhì)量比為79.47～82.62：11.14～11.38：9.39～6.00。

12、一些實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，步驟s1中，氧化鋁源為al2o3，氧化鈣源為caco3，氧化鎂源為mg(oh)2，其中，al2o3、ca?co3、mg(oh)2的質(zhì)量比為81.83～84.18：11.48～11:60：6.69～4.22。

13、另一方面，一些實(shí)施例公開(kāi)了zro2摻雜cma材料，由zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法得到，zro2摻雜cma材料僅含有c2m2a14和cm2a8相，zr離子在cma晶粒中均勻分布；zro2摻雜cma材料中c2m2a14相的含量在80～100％，zro2摻雜cma的體積密度在2.0～3.17g/cm3之間，氣孔率在45.5～10.4％之間，吸水率在20.8～3.4％之間，熔點(diǎn)提高10℃以上。

14、一些實(shí)施例公開(kāi)了zro2摻雜cma材料，zro2摻雜cma材料用作耐火材料，其中c2m2a14相含量相對(duì)較高的zro2摻雜cma材料用作工業(yè)爐隔熱層材料，c2m2a14相含量相對(duì)較低的zro2摻雜cma材料用作工業(yè)爐工作層材料。

15、本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法，采用一步燒結(jié)法制備得到性能可調(diào)的zro2摻雜cma材料，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本低；cma材料僅含有c2m2a14和cm2a8相，通過(guò)對(duì)zro2摻雜量、燒成溫度及保溫時(shí)間等的調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)cma材料中c2m2a14相含量在80-100％的調(diào)控，zr離子在cma晶粒均勻分布，cma的體積密度可實(shí)現(xiàn)在2.0～3.17g/cm3之間調(diào)控，氣孔率在45.5～10.4％之間調(diào)控，吸水率在20.8～3.4％之間，熔點(diǎn)提高10℃以上；zro2摻雜cma能夠用于制備性能優(yōu)異的耐火材料；通過(guò)對(duì)zro2摻雜cma材料中c2m2a14相含量的精確控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)cma材料結(jié)構(gòu)和功能的一體化調(diào)控，得到不同密度的耐火材料，通過(guò)不同致密度cma材料的組合使用，能夠應(yīng)用于工業(yè)鍋爐爐體的不同部位；本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的zro2摻雜cma材料制備及其結(jié)構(gòu)功能一體化調(diào)控方法在cma材料的工業(yè)制備、耐火材料領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。