一种以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的方法技术

本发明专利技术公开了一种以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的方法，以氧化镁部分稳定氧化锆为骨料，配以一定要求的单斜氧化锆微粉和氢氧化镁、氢氧化钙凝胶经湿磨，真空吸滤，干燥，共磨组成的细粉。控制共磨细粉中氧化镁含量2.5～3.0％，氧化硅与氧化钙的比值为2:1，共磨细粉中单斜氧化锆烧成过程中发生反应，利用氧化镁与氧化钙的碱性强度差异，烧成过程中氧化钙首先与氧化硅反应形成稳定相，氧化镁不再与氧化硅反应，确保氧化镁稳定剂加入量的准确性和部分形成稳定氧化锆数量的比例。阻止颗粒中氧化镁稳定剂的脱溶。用后残样显微结构分析显示颗粒中稳定剂脱溶数量极少，氧化锆颗粒基本无相变破裂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有关钢铁冶金工业中连续铸造中间包用控制钢水流量装置用功能耐火材料的制备，具体是一种以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的方法。
技术介绍
定径水口是指安装在连续铸造中间包底部的一种高温结构陶瓷制作的功能器件。其主要作用是中间包钢水静压力基本维持不变，钢水通过定径水口流入结晶器，结晶器通过大流量水冷，带走钢液凝固时放出的热量，使钢水凝固成坯。由于结晶器水冷带走的热量有限，因而，单位时间内流入结晶器的钢液数量必须在一定范围之内。定径水口的孔径愈大，单位时间流入结晶器钢液数量愈多，选择合适的孔径制成中间包用水口，即为定径水口。定径水口失效的主要原因是由于钢水流动过程中与氧化锆中的稳定剂反应，稳定剂脱溶，进而引起氧化锆失稳，颗粒破例，强度大幅度降低，抗冲刷性能下降造成扩径，使流入结晶器的钢水凝固放出的热量大于结晶器冷却水所能带走的热量而退出使用。氧化锆质定径水口中氧化锆的含量(wt％)一般为95％左右，实际使用寿命为10小时左右。使用寿命短的主要原因是氧化锆稳定剂脱溶，稳定剂与钢、渣中的其他元素形成低熔点共熔物，共熔物流失，氧化锆失稳，颗粒破裂，强度大幅度降低，抗冲刷性能下降造成扩径，从而造成氧化锆质定径水口使用寿命短。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的方法，通过添加物阻止基质部分在烧结过程中添加的稳定剂与氧化硅杂质反应，确保其固溶于单斜氧化锆中数量，形成比例可控的稳定相含量，提高氧化锆质定径水口的使用寿命。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案：一种以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的方法，包括将骨料、共磨细粉与结合剂经混炼、困料成型后烧制得到定径水口；所述的骨料为氧化镁部分稳定氧化锆，共磨细粉为将复合凝胶与单斜氧化锆微粉混匀后、干燥共磨得到的粉末，复合凝胶包括氢氧化镁凝胶和氢氧化钙凝胶。具体的，单斜氧化锆微粉化学重量百分比组成为：ZrO2+HfO2＞99％，SiO2＜0.45％；单斜氧化锆微粉的粒度组成为：d50＝0.8～0.9μm，d90＜4.0μm；氢氧化镁凝胶中的氧化镁固相含量为20～40g/L，氢氧化钙凝胶中氧化钙固相含量为28～56g/L；单斜氧化锆微粉：氢氧化镁凝胶中氧化镁固相质量比为97.0～97.5：2.5～3.0；氢氧化钙凝胶中氧化钙固相：单斜氧化锆微粉中氧化硅质量比为2:1，将氢氧化钙凝胶、氢氧化镁凝胶与单斜氧化锆微粉混匀后、干燥共磨得到的粉末为共磨细粉。更具体的，共磨细粉的粒径为d90＜4.0μm。进一步的，按照骨料与单斜氧化锆微粉的质量比为45:55将骨料与共磨细粉配料，按质量百分比计，结合剂的加入量为骨料与共磨细粉总量的8％。更进步一的，氧化镁部分稳定氧化锆骨料的化学组成为(wt％)：ZrO2＝95.12，HfO2＝2.14，MgO＝2.69，CaO＝0.02，Al2O3＝0.03。另外，所述的烧制温度为1700～1710℃。还有，所述氢氧化镁凝胶的制备包括：将MgCl2·6H2O配置成浓度为0.5～1.0mol/L的母液，加入母液总重量1.2％的分散剂，之后将加入分散剂的母液的pH值调节为7～10得到凝胶，再将得到的凝胶陈化8～16h后将凝胶中的Cl-去除得到所述氢氧化镁凝胶；所述氢氧化钙凝胶的制备包括：将CaCl2·6H2O配置成浓度为0.5～1.0mol/L的母液，加入母液总重量1.2％的分散剂，之后将加入分散剂的母液的pH值调节为7～10得到凝胶，再将得到的凝胶陈化8～16h后将凝胶中的Cl-去除得到所述氢氧化钙凝胶。本专利技术的优点为：本专利技术以氧化镁部分稳定氧化锆为骨料，配以单斜氧化锆和氢氧化镁-氢氧化镁复合凝胶为稳定剂组成的共磨细粉，保证了稳定剂氧化钙和氧化镁分散的均匀性和亚微米级粒径，加入PVA结合剂，经混炼、陈化后成型，然后在电窑中烧成定径水口，该定径水口性能超过了全部用部分稳定氧化锆所制备的定径水口的性能，使用寿命可达30小时以上。用后残样显微结构分析显示稳定剂脱溶数量极少，氧化锆颗粒基本无相变破裂。附图说明图1是本专利技术的氧化锆质定径水口的制备工艺流程图。以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施方式申请人(西安建筑科技大学)2010年承担了济南泉城学者建设工程项目“ZrO2/Al2O3复相材料的研究和在连铸功能材料中的应用”，申请专利技术人获济南“泉城学者”荣誉称号；2013年，在前期研究工作基础上承担了国家自然科学基金面上项目“氧化锆定径水口稳定剂脱溶颗粒破裂机理及寿命提高研究”(项目编号51372193)。根据所承担项目研究氧化锆质定径水口损毁机理和提高使用寿命，研究成果表明，由于氧化锆原料是采用锆英石砂(ZrSiO4)脱硅制取，制备工艺决定了其中必然含有一定数量的SiO2，以单斜氧化锆和稳定剂共磨粉为基质生产的氧化锆质定径水口中，基质部分在烧结过程中稳定剂MgO通过扩散与ZrO2形成固溶体稳定相，而扫描电镜分析显示，MgO在扩散过程中除形成固溶体稳定相均匀分布外，MgO集中存在的区域也是SiO2富集区域。EDS分析结果显示，部分区域MgO/SiO2的比值接近镁橄榄石(2MgO.SiO2)的组成。原料中SiO2的存在，消耗了一定数量的稳定剂。SiO2含量的不确定性影响了稳定剂加入量的不稳定，从而使稳定相含量大幅波动。结合图1，本专利技术的氧化锆质定径水口的制备方法，以氧化镁部分稳定氧化锆为骨料，配以单斜氧化锆和氢氧化镁-氢氧化镁复合凝胶为稳定剂组成的共磨细粉，保证了稳定剂氧化钙和氧化镁分散的均匀性和亚微米级粒径，加入PVA结合剂，经混炼、陈化后成型，然后在电窑中烧成，具体按照下列步骤进行：1)氢氧化镁凝胶和氢氧化钙凝胶的制备按重量百分比分别取MgCl2·6H2O和CaCl2·6H20制备母液，母液中，MgCl2·6H2O和CaCl2·6H20的浓度为0.5～1.0mol/L，加入母液总重量1.2％的分散剂PEG，NH4(OH)正滴定，搅拌至pH＝7～10，制得凝胶。凝胶陈化8h～16h，去离子水洗涤至硝酸银检测不到Cl-为止，即分别得到氢氧化镁凝胶和氢氧化钙凝胶。2)共磨细粉的制备配料细粉由单斜氧化锆微粉、氢氧化镁凝胶和氢氧化钙凝胶制成。其中：单斜氧化锆微粉中化学重量百分比组成为：ZrO2+HfO2＞99％，SiO2＜...

【技术保护点】
一种以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的方法，其特征在于，包括将骨料、共磨细粉与结合剂经混炼、困料成型后烧制得到定径水口；所述的骨料为氧化镁部分稳定氧化锆，共磨细粉为将复合凝胶与单斜氧化锆微粉混匀后、干燥共磨得到的粉末，复合凝胶包括氢氧化镁凝胶和氢氧化钙凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的方法，其特征在
于，包括将骨料、共磨细粉与结合剂经混炼、困料成型后烧制得到定径水
口；
所述的骨料为氧化镁部分稳定氧化锆，共磨细粉为将复合凝胶与单斜
氧化锆微粉混匀后、干燥共磨得到的粉末，复合凝胶包括氢氧化镁凝胶和
氢氧化钙凝胶。
2.如权利要求1所述的以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的
方法，其特征在于，单斜氧化锆微粉化学重量百分比组成为：ZrO2+HfO2＞
99％，SiO2＜0.45％；单斜氧化锆微粉的粒度组成为：d50＝0.8～0.9μm，d90＜4.0μm；氢氧化镁凝胶中的氧化镁固相含量为20～40g/L，氢氧化钙凝胶
中氧化钙固相含量为28～56g/L；
单斜氧化锆微粉：氢氧化镁凝胶中氧化镁固相质量比为97.0～97.5：
2.5～3.0；氢氧化钙凝胶中氧化钙固相：单斜氧化锆微粉中氧化硅质量比
为2:1，将氢氧化钙凝胶、氢氧化镁凝胶与单斜氧化锆微粉混匀后、干燥共
磨得到的粉末为共磨细粉。
3.如权利要求2所述的以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水口的
方法，其特征在于，共磨细粉的粒径为d90＜4.0μm。
4.如权利要求2或3所述的以复合凝胶稳定氧化锆为基质制备定径水
口的方法，其特征在于，按照骨料与单斜氧化锆...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛群虎，杨光，萧礼标，赵志龙，田利萍，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61