一种高纯氧化锆重质耐火制品及制备方法技术

本发明专利技术属于耐火材料领域。提出一种高纯重质氧化锆耐火制品及制备方法，该制品中ＺｒＯ２（包含稳定剂）含量≥９８ｗｔ％，是超高温领域用关键耐火材料，通过对原料种类、粒度级配、稳定化率的合理选取和控制，采用有机结合剂，等静压或振动加压捣打成型生坯，适当的烧成温度，使其具有使用温度高、孔径低且分布均匀、耐侵蚀性和抗冲刷性好、使用寿命高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于耐火材料领域，主要涉及。
技术介绍
氧化锆是一种重要的耐火原料，熔点高达2715°C，理化性能优异。许多耐火材料 为提高使用性能，均添加一定量的氧化锆，如电熔AZS砖、Al2O3IrO2-C砖、Cr2O3-Al2O3IrO2 砖等。高纯氧化锆耐火制品通常是指氧化锆(包含稳定剂)含量在98%以上的耐火制 品，其以氧化锆颗粒或氧化锆空心球、氧化锆细粉、稳定剂、结合剂等为原料，通过熔铸、浇 注、机压、等静压、捣打等成型手段制备所需形状的耐火制品。所谓氧化锆重质制品，区别于 氧化锆空心球制品、氧化锆纤维制品以及氧化锆泡沫砖等隔热保温轻质制品，通常是指体 积密度大于3. 8g/cm3的以氧化锆颗粒和细粉为原料的高级耐火制品。与含锆耐火材料相 比，高纯氧化锆重质耐火材料具有使用温度高(最高使用温度2300 2400°C )、耐侵蚀、抗 冲刷、高温下不易分解、化学稳定性好等优点，是一种高性能耐火制品。高纯氧化锆重质耐 火制品应用范围十分广泛，目前国内、国际对高性能的高纯氧化锆重质耐火制品有着十分 旺盛的需求。目前，市场对高纯氧化锆重质耐火制品大都具有使用条件苛刻、制品形状复杂、化 学纯度高等要求，现有的一些制备高纯氧化锆制品的技术和工艺无法满足条件。目前，高纯氧化锆重质耐火制品的主要代表是炼钢领域小方坯连铸中间包用氧化 锆质定径水口，其尺寸小(Φ 50mm，h80mm)，显气孔率低( 15% )、体积密度高(彡4. 6g/ cm3)，其氧化锆含量约为95%，以粒度小于0. 15mm的电熔部分稳定氧化锆、斜锆石为原料， 加入一定的添加剂和结合剂，经坯料的配制混练、机压成型、干燥、高温烧成等工艺制备。该 生产工艺仅适合制备小尺寸、形状简单、致密度高的高纯氧化锆耐火制品。氧化锆有3种晶型单斜晶相、四方晶相、立方晶相。温度变化时，各种晶型间会发 生相互转变。氧化锆的晶型转变会伴随较剧烈的体积变化，致使氧化锆材料在生产、使用过 程中造成结构破坏。在氧化锆耐火材料的设计生产中，合理的颗粒级配、原料适当的稳定化 率、合理的烧成温度、理想的显微结构才能保证生产的氧化锆制品良好的使用效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种高纯重质氧化锆耐火制品及制备方法，通过对原料种 类、粒度级配、稳定化率的合理选取和控制，采用有机结合剂，适当的生坯成型方式和烧成 温度，使其具有使用温度高、气孔孔径低、显微结构均勻等特点，该高纯重质氧化锆耐火制 品作为超高温领域用炉衬材料，能在苛刻的工况条件下长时间使用。本专利技术完成其专利技术任务采取的技术方案是一种高纯重质氧化锆耐火制品，该制 品中&02含量> 98wt%，所述&02的含量包含稳定剂；是超高温领域用关键耐火材料，其 特征在于该耐火制品原料是由60% 70%的部分稳定氧化锆颗粒，15% 20%的部分稳3定氧化锆细粉，10% 20%的粒度范围为0. 5um IOum的单斜氧化锆微粉构成，并加入有 机结合剂；所述百分数为质量百分数。高纯重质氧化锆耐火制品的制备方法，坯体的成型方式为等静压或振动加压捣打 成型，首先将氧化锆颗粒、氧化锆细粉、单斜氧化锆微粉、有机结合剂混合搅拌均勻，过筛、 干燥后装入模具中，等静压或振动加压捣打成型坯体，等静压成型坯体时压强为150MPa 180MPa，坯体经110°C 180°C干燥后，1630°C 1800°C烧成，即得高纯重质氧化锆耐火制 所述的部分稳定氧化锆颗粒是指颗粒粒度范围为0. 15mm Imm的部分稳定氧化 锆颗粒，其中粒度0. 5mm 1mm、粒度0. 35mm 0. 5mm、粒度0. 15mm 0. 35mm的部分稳定 氧化锆颗粒料分别占原料总质量的10% 20%、20% 30%、20% 40%。所述的部分稳定氧化锆颗粒是指电熔氧化镁部分稳定氧化锆颗粒、电熔氧化钙部 分稳定氧化锆颗粒、电熔氧化钇部分稳定氧化锆颗粒、电熔钙钇复合部分稳定氧化锆颗粒、 电熔镁钇复合部分稳定氧化锆颗粒或它们中的组合。所述的部分稳定氧化锆颗粒是指稳定相(包括四方相和立方相)含量在60% 85%的电熔氧化锆原料。所述的部分稳定氧化锆细粉是指电熔氧化镁部分稳定氧化锆细粉、电熔氧化钙部 分稳定氧化锆细粉、电熔氧化钇部分稳定氧化锆细粉、电熔钙钇复合部分稳定氧化锆细粉、 电熔镁钇复合部分稳定氧化锆细粉。所述的部分稳定氧化锆细粉是指稳定相(包括四方相和立方相)含量在60% 85%的电熔氧化锆原料。所述的部分稳定氧化锆细粉粒度范围为30um 150um。所述的有机结合剂为酚醛树脂酒精溶液、水性树脂、聚乙烯醇水溶液中的一种，加 入量占整个原料总质量的3% 5% (外加)。现有技术中常采用磷酸盐、木质素磺酸盐、亚 硫酸盐等无机结合剂作为氧化锆耐火材料的结合剂，这些无机结合剂制备的耐火制品高温 烧成后仍有大量1(20、妝20、？205等成分残留，严重降低了制品的纯度和高温使用性能。而有 机结合剂经高温烧成过程则会完全烧失，无任何杂质残留，显著提高高纯制品的纯度和高 温使用性能。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有适用范围广、不受产品形状尺寸限制等 优点，本专利技术显气孔率20% 30%，体积密度4. Og/cm3 4. 5g/cm3，具有使用温度高、孔径 分布均勻、耐侵蚀性和抗冲刷性好、使用寿命高等特点。具体实施例方式实施例1 称取电熔钙部分稳定氧化锆颗粒(稳定化率75% )粒度0. 5mm Imm 1kg、粒度 0. 35mm 0. 5mm 2. 5kg、粒度0. 15mm 0. 35mm 3kg，于高速混练机中预混3min，加入酚醛 树脂酒精溶液0. 35kg，继续高速搅拌5min，再向其中加入电熔钙部分稳定氧化锆细粉(稳 定化率 75% ) 30um 74um lkg、74um 150um 1kg、单斜氧化锆微粉 0. 5um 6um 1. 5kg, 高速搅拌IOmin后，过筛、干燥后装入由钢芯和橡胶套构成的模具中，150MPa压力下等静压 压制成型坯体，坯体经180°C干燥12h后，装入梭式窑170(TC烧成，即得高纯重质氧化锆耐火制品。该制品显气孔率25%、体积密度4. 3g/cm\Zr02+Hf02+Ca0 = 99. 62wt%、中位孔径 7mm、平均孔径4mm，使用温度达2300°C以上。 实施例2 称取电熔镁部分稳定氧化锆颗粒(稳定化率80 % )粒度0. 5mm Imm 1kg、粒度 0. 35mm 0. 5mm 2. 5kg、粒度0. 15mm 0. 35mm 3kg，于高速混练机中预混3min，加入酚醛 树脂酒精溶液0. 35kg，继续高速搅拌5min，再向其中加入电熔镁部分稳定氧化锆细粉(稳 定化率 80% ) 30um 74um lkg、74um 150um 1kg、单斜氧化锆微粉 0. 5um 6um 1. 5kg, 高速搅拌IOmin后，过筛、干燥后装入由钢芯和橡胶套构成的模具中，150MPa压力下等静压 压制成型坯体，坯体经180°C干燥12h后，装入梭式窑170(TC烧成，即得高纯重质氧化锆耐 火制品。该制品显气孔率30%、体积密度4. 04g/cm3、Zr02+Hf02+Mg0 = 99. 52wt%本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯重质氧化锆耐火制品，该制品中ＺｒＯ２含量≥９８ｗｔ％，所述ＺｒＯ↓［２］的含量包含稳定剂；其特征在于：所述耐火制品原料是由６０％～７０％的部分稳定氧化锆颗粒、１５％～２０％的部分稳定氧化锆细粉、１０％～２０％的粒度范围为０．５ｕｍ～１０ｕｍ的单斜氧化锆微粉构成，并加入有机结合剂；所述百分数为质量百分数。

【技术特征摘要】
一种高纯重质氧化锆耐火制品，该制品中ZrO2含量≥98wt％，所述ZrO2的含量包含稳定剂；其特征在于所述耐火制品原料是由60％～70％的部分稳定氧化锆颗粒、15％～20％的部分稳定氧化锆细粉、10％～20％的粒度范围为0.5um～10um的单斜氧化锆微粉构成，并加入有机结合剂；所述百分数为质量百分数。2.根据权利要求1所述的一种高纯重质氧化锆耐火制品，其特征在于部分稳定氧化 锆颗粒是指颗粒粒度范围为0. 15mm Imm的氧化锆颗粒料，其中粒度0. 5mm 1mm、粒度 0. 35mm 0. 5mm、粒度0. 15mm 0. 35mm的氧化锆分别占原料总质量的10% 20%、20% 30%、20% 40%。3.根据权利要求1所述的一种高纯重质氧化锆耐火制品，其特征在于部分稳定氧化 锆颗粒是指电熔氧化镁部分稳定氧化锆颗粒、电熔氧化钙部分稳定氧化锆颗粒、电熔氧化 钇部分稳定氧化锆颗粒、电熔钙钇复合部分稳定氧化锆颗粒、电熔镁钇复合部分稳定氧化 锆颗粒或它们中的组合。4.根据权利要求1所述的的一种高纯重质氧化锆耐火制品，其特征在于部分稳定氧 化锆颗粒是指由四方相和立方相构成的稳定相含量在60% 85%的电熔氧化锆原料。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙红刚，谭清华，闫双志，吴爱军，周军，王刚，张涛，王金相，
申请(专利权)人：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]