一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法。其技術(shù)方案是：按氧化鋁粉∶成球液體的質(zhì)量比為1∶（0.16~0.22），將氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入成球液體，制得直徑為18~28mm的坯球；將坯球送入高溫豎窯的干燥室，在450~650℃條件下干燥70~100分鐘，再送入高溫豎窯的燒成室，在1850~1900℃條件下保溫25~45分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，即得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。成球液體的制備方法是：以86~92wt%的氯氧化鋯、4~9wt%的鈣鹽或鎂鹽、1~6.5wt%的氯化釔和0.5~3wt%的氯化鈰為原料，按固液比為40~120g/L向原料中加入水，攪拌至澄清。本發(fā)明成本低廉和適于工業(yè)化生產(chǎn)，所制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料結(jié)構(gòu)均勻和抗熱震穩(wěn)定性優(yōu)良。
【專利說明】
一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于剛玉耐火材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]剛玉質(zhì)耐火材料由于具有一系列優(yōu)異的高溫性能，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、鑄造、陶瓷等行業(yè)，其中在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用幾乎涵蓋了煉鐵煉鋼的全過程。但在某些工作環(huán)境苛刻部位，依然亟待進(jìn)一步改善剛玉質(zhì)耐火材料的抗熱震穩(wěn)定性。
[0003]近年來，各國學(xué)者提出了ZrO2不同的增韌機(jī)理，主要包括:I)相變增韌機(jī)理；2)微裂紋增韌機(jī)理;3)彌散增韌機(jī)理。依據(jù)上述ZrO2的增韌機(jī)理，在陶瓷領(lǐng)域，人們采用多相懸浮液混合法、溶膠-懸浮液混合法、溶膠-凝膠法、沉淀法、水熱合成法等方法制備了氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷，并在切削加工用刀具、耐磨部件、生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。但是上述方法制備的氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷產(chǎn)量低、成本高，無法規(guī)模化制備耐火原料。在耐火材料領(lǐng)域，人們采用電熔的方法制備了電熔鋯剛玉耐火原料，將電熔鋯剛玉加入耐火材料中，提高了材料的斷裂韌性及抗熱震穩(wěn)定性，使材料在滑板、水口、流道、玻璃爐窯等環(huán)境苛刻部位取得了較好的使用效果。但現(xiàn)行生產(chǎn)的電熔鋯剛玉耐火原料存在以下主要問題:I)制備過程能耗大，加上ZrO2添加量較多，使得原料的制備成本較高;2)原料中ZrO2晶粒尺寸較大(一般在50μπι以上)，且分布不均勻，無法充分發(fā)揮ZrO2的增韌效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的在于提供一種成本低廉和適于工業(yè)化生產(chǎn)的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的制備方法，用該方法制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料結(jié)構(gòu)均勻和抗熱震穩(wěn)定性優(yōu)良。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:按氧化鋁粉:成球液體的質(zhì)量比為1:(0.16?0.22),先將所述氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入所述成球液體，制得直徑為18?28mm的坯球;再將所述坯球送入高溫豎窯的干燥室中，在450?650°C條件下干燥70?100分鐘，然后送入高溫豎窯的燒成室中，在1850?1900 °C條件下保溫25?45分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，即得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。
[0006]所述成球液體的制備方法是:以86?92wt%的氯氧化鋯、4?9wt°/c^鈣鹽或鎂鹽、I?6.5wt%的氯化釔和0.5?3被％的氯化鈰為原料，按固液比為40?120g/L向原料中加入水，攪拌至澄清，即得成球液體。
[0007]所述氧化鋁粉為工業(yè)氧化鋁粉和α-氧化鋁微粉中的一種，氧化鋁粉的Al2O3含量>
99.4wt%0
[0008]所述鈣鹽為氯化鈣和硝酸鈣中的一種或兩種。
[0009]所述鎂鹽為氯化鎂和硝酸鎂中的一種或兩種。
[0010]所述氯化釔的YCl3含量>99.2 wt%，粒徑<100μπι。
[0011]所述氯化鈰的CeCl3含量>99.5 wt%，粒徑<ΙΟΟμπι。
[0012]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本發(fā)明制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料是以溶液的形式引入氧化鋯和復(fù)合穩(wěn)定劑，引入量較少，工藝簡單易操作，故生產(chǎn)成本低廉，適合規(guī)模化生產(chǎn)。以溶液的形式引入氧化鋯，還能解決氧化鋯在氧化鋁基體中團(tuán)聚的問題，使得氧化鋯晶粒細(xì)小，在基體中均勻分布；引入的復(fù)合穩(wěn)定劑對氧化鋯具有很好的穩(wěn)定效果，使絕大部分氧化鋯以四方相形式存在，充分發(fā)揮了氧化鋯的增韌效果。此外，燒結(jié)過程中部分固溶于ZrO2中的CaO或MgO會與Al2O3反應(yīng)，在ZrO2晶粒表面分別生成六鋁酸鈣環(huán)或鎂鋁尖晶石環(huán)，同時(shí)基體中會形成微裂紋，進(jìn)一步提高所制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的抗熱沖擊能力，故具有優(yōu)良的抗熱震穩(wěn)定性。
[0013]本發(fā)明所制得的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料經(jīng)檢測:體積密度為3.54?3.68g/cm3;顯氣孔率為2.2-4.8%;吸水率為0.6-1.2%; Al2O3晶粒尺寸為20?ΙΟΟμπι; ZrO2晶粒尺寸為0.5?10μ111;斷裂韌性為9.5~14.51^?.Iii0-5O
[0014]因此，本發(fā)明所制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料具有成本低廉、結(jié)構(gòu)均勻、抗熱震穩(wěn)定性優(yōu)良和適于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制:
為避免重復(fù)，先將本【具體實(shí)施方式】所涉及的原料技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述:
所述氧化鋁粉為工業(yè)氧化鋁粉和α-氧化鋁微粉中的一種，氧化鋁粉的Al2O3含量>
99.4wt%0
[0016]所述鈣鹽為氯化鈣和硝酸鈣中的一種或兩種。
[0017]所述鎂鹽為氯化鎂和硝酸鎂中的一種或兩種。
[0018]所述氯化釔的YCl3含量>99.2 wt%，粒徑<ΙΟΟμπι。
[0019]所述氯化鈰的CeCl3含量>99.5 wt%，粒徑<ΙΟΟμπι。
[0020]實(shí)施例1
一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法。按工業(yè)氧化鋁粉:成球液體的質(zhì)量比為1:(0.16-0.18),先將所述氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入所述成球液體，制得直徑為18?25mm的坯球;再將所述坯球送入高溫豎窯的干燥室中，在450?500°C條件下干燥70?80分鐘，然后送入高溫豎窯的燒成室中，在1850?1870°C條件下保溫25?30分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，即得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。
[0021 ] 所述成球液體的制備方法是:以86?88wt%的氯氧化錯(cuò)、7?9wt°/c^氯化|丐、l~3wt%的氯化乾和2?3wt%的氯化鋪為原料，按固液比為40?60g/L向原料中加入水，攪拌至澄清，即得成球液體。
[0022]本實(shí)施例1所制得的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料經(jīng)檢測:體積密度為3.54-3.58g/cm3，顯氣孔率為4.2-4.8%，吸水率為1.0-1.2% ,Al2O3晶粒尺寸為20?70μπι，ZrO2晶粒尺寸為0.5?7μm，斷裂韌性為9.5~11.5Mpa.m°.5。
[0023]實(shí)施例2
一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法。按氧化鋁粉:成球液體的質(zhì)量比為1: (0.17?0.19)，先將所述氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入所述成球液體，制得直徑為19?26mm的坯球；再將所述坯球送入高溫豎窯的干燥室中，在500?550°C條件下干燥80?90分鐘，然后送入高溫豎窯的燒成室中，在1870?1890°C條件下保溫30?35分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，SP得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。
[0024]所述成球液體的制備方法是:以88?90wt%的氯氧化錯(cuò)、5?7wt%的硝酸|丐、3?5wt%的氯化乾和I?2wt%的氯化鋪為原料，按固液比為60?80g/L向原料中加入水，攪拌至澄清，即得成球液體。
[0025]本實(shí)施例2所制得的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料經(jīng)檢測:體積密度為3.58-3.62g/cm3;顯氣孔率為3.6?4.2%;吸水率為0.9?1.1%; Al2O3晶粒尺寸為20?90ym;Zr02晶粒尺寸為2?8μπι;斷裂韌性為 10.5~12.5Mpa.m°.5。
[0026]實(shí)施例3
一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法。按α-氧化鋁粉:成球液體的質(zhì)量比為1: (0.18?0.20)，先將所述氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入所述成球液體，制得直徑為20?27mm的坯球；再將所述坯球送入高溫豎窯的干燥室中，在550?600°C條件下干燥90?100分鐘，然后送入高溫豎窯的燒成室中，在1880?1900°C條件下保溫35?40分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，SP得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。
[0027]所述成球液體的制備方法是:以90?92wt%的氯氧化鋯、4?6wt%的氯化鎂、4.5?
6.5wt%的氯化釔和0.5?1.5被％的氯化鈰為原料，按固液比為80?10g/!向原料中加入水，攪拌至澄清，即得成球液體。
[0028]本實(shí)施例3所制得的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料經(jīng)檢測:體積密度為3.64-3.68g/cm3;顯氣孔率為2.2?2.8%;吸水率為0.6?0.8%; Al2O3晶粒尺寸為30?ΙΟΟμπι; ZrO2晶粒尺寸為3?10μm;斷裂韌性為 11.5?13.5Mpa.m°'5。
[0029]實(shí)施例4
一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法。按工業(yè)氧化鋁粉:成球液體的質(zhì)量比為1:(0.19-0.21),先將所述氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入所述成球液體，制得直徑為21?28mm的坯球;再將所述坯球送入高溫豎窯的干燥室中，在600?650°C條件下干燥75?85分鐘，然后送入高溫豎窯的燒成室中，在1860?1880 °C條件下保溫40?45分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，即得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。
[°03°] 所述成球液體的制備方法是:以87?89wt%的氯氧化錯(cuò)、6?8wt%的硝酸鎂、2?4wt%的氯化乾和I?2wt%的氯化鋪為原料，按固液比為100?120g/L向原料中加入水，攪拌至澄清，SP得成球液體。
[0031 ]本實(shí)施例4所制得的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料經(jīng)檢測:體積密度為3.60-3.64g/cm3;顯氣孔率為3.2?3.8%;吸水率為0.8?1.0%;Al2O3晶粒尺寸為20?80μπι;ZrO2晶粒尺寸為2?9μπι;斷裂韌性為 12.5~14.5Mpa.m°.5。
[0032] 實(shí)施例5
一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法。按α-氧化鋁粉:成球液體的質(zhì)量比為1: (0.20?0.22)，先將所述氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入所述成球液體，制得直徑為19?26mm的坯球；再將所述坯球送入高溫豎窯的干燥室中，在550?600°C條件下干燥85?95分鐘，然后送入高溫豎窯的燒成室中，在1880?1900°C條件下保溫37?42分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，SP得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。
[0033]所述成球液體的制備方法是:以89?91wt%的氯氧化鋯、4?6wt%的氯化鈣和硝酸鈣、I?3￥七％的氯化乾和2?3wt%的氯化鋪為原料，按固液比為90?110g/L向原料中加入水，攪拌至澄清，即得成球液體。
[0034]本實(shí)施例5所制得的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料經(jīng)檢測:體積密度為3.62-3.66g/cm3;顯氣孔率為2.8-3.4%;吸水率為0.7-0.9%; Al2O3晶粒尺寸為20?90ym;Zr02晶粒尺寸為2?8μπι;斷裂韌性為 10.2~12.2Mpa.m°.5。
[0035]實(shí)施例6
一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料及其制備方法。按α-氧化鋁粉:成球液體的質(zhì)量比為1: (0.18?0.20)，先將所述氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入所述成球液體，制得直徑為19?26mm的坯球；再將所述坯球送入高溫豎窯的干燥室中，在500?550°C條件下干燥80?90分鐘，然后送入高溫豎窯的燒成室中，在1860?1880°C條件下保溫35?40分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，SP得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。
[0036]所述成球液體的制備方法是:以87?89wt%的氯氧化鋯、6?8wt%的鈣氯化鎂和硝酸鎂、2?4wt%的氯化釔和I?2的％的氯化鈰為原料，按固液比為80?10g/!向原料中加入水，攪拌至澄清，即得成球液體。
[0037]本實(shí)施例6所制得的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料經(jīng)檢測:體積密度為3.61-3.65g/cm3;顯氣孔率為3.1-3.7%;吸水率為0.6-0.8%; Al2O3晶粒尺寸為20?90ym;Zr02晶粒尺寸為2?9μπι;斷裂韌性為 11.4~13.4Mpa.πΛ5。
[0038]
本【具體實(shí)施方式】與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
本【具體實(shí)施方式】制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料是以溶液的形式引入氧化鋯和復(fù)合穩(wěn)定劑，引入量較少，工藝簡單易操作，故生產(chǎn)成本低廉，適合規(guī)?；a(chǎn)。以溶液的形式引入氧化鋯，還能解決氧化鋯在氧化鋁基體中團(tuán)聚的問題，使得氧化鋯晶粒細(xì)小，在基體中均勻分布；引入的復(fù)合穩(wěn)定劑對氧化鋯具有很好的穩(wěn)定效果，使絕大部分氧化鋯以四方相形式存在，充分發(fā)揮了氧化鋯的增韌效果。此外，燒結(jié)過程中部分固溶于ZrO2中的CaO或MgO會與Al2O3反應(yīng)，在ZrO2晶粒表面分別生成六鋁酸鈣環(huán)或鎂鋁尖晶石環(huán)，同時(shí)基體中會形成微裂紋，進(jìn)一步提高所制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的抗熱沖擊能力，故具有優(yōu)良的抗熱震穩(wěn)定性。
[0039]本【具體實(shí)施方式】所制得的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料經(jīng)檢測:體積密度為3.54-3.68g/cm3 ；顯氣孔率為2.2-4.8%;吸水率為0.6-1.2%; Al2O3晶粒尺寸為20?ΙΟΟμπι; ZrO2晶粒尺寸為0.5~1(^111;斷裂韌性為9.5~14.51^?.mQ.5。
[0040]因此，本【具體實(shí)施方式】所制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料具有成本低廉、結(jié)構(gòu)均勻、抗熱震穩(wěn)定性優(yōu)良和適于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的制備方法，其特征在于:按氧化鋁粉:成球液體的質(zhì)量比為1: (0.16?0.22)，先將所述氧化鋁粉置于成球機(jī)中，噴入所述成球液體，制得直徑為18?28mm的坯球;再將所述坯球送入高溫豎窯的干燥室中，在450?650°C條件下干燥70?100分鐘，然后送入高溫豎窯的燒成室中，在1850?1900°C條件下保溫25?45分鐘，隨爐冷卻，破碎，篩分，包裝，即得燒結(jié)鋯剛玉耐火原料； 所述成球液體的制備方法是:以86?92wt %的氯氧化鋯、4?9wt %的鈣鹽或鎂鹽、I?6.5wt %的氯化乾和0.5?3wt %的氯化鋪為原料，按固液比為40?120g/L向原料中加入水，攪拌至澄清，即得成球液體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的制備方法，其特征在于所述氧化鋁粉為工業(yè)氧化鋁粉和α-氧化鋁微粉中的一種，氧化鋁粉的Al2O3含量>99.4wt %。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的制備方法，其特征在于所述鈣鹽為氯化鈣和硝酸鈣中的一種或兩種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的制備方法，其特征在于所述鎂鹽為氯化鎂和硝酸鎂中的一種或兩種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的制備方法，其特征在于所述氯化釔的YCl3含量>99.2wt%，粒徑<100μπι。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的制備方法，其特征在于所述氯化鈰的CeCl3含量>99.5wt%，粒徑<100μπι。7.—種燒結(jié)鋯剛玉耐火原料，其特征在于所述燒結(jié)鋯剛玉耐火原料是根據(jù)權(quán)利要求1?6項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料的制備方法所制備的燒結(jié)鋯剛玉耐火原料。
【文檔編號】C04B35/66GK105967706SQ201610317043
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】徐義彪, 李亞偉, 趙義, 桑紹柏, 黃凱, 王慶虎, 李遠(yuǎn)兵, 李淑靜
【申請人】武漢科技大學(xué)