[发明专利]一种耐侵蚀氧化锆水口砖及其制备方法

说明书

一种耐侵蚀氧化锆水口砖及其制备方法，属于耐火材料技术领域，氧化锆水口砖按重量百分比含93~96%电熔氧化锆，2~4%氧化镧细粉，2~3%结合剂。制备方法为：（1）将电熔氧化锆砂破碎后与氧化镧细粉混合、细磨后压制成砖坯；（2）将坯料在1300~1400℃氮气氛下保温2~3h进行第一步煅烧；（3）将煅烧后坯料破碎后与2~3%结合剂混合、细磨至2000~3000目后压制成砖坯，并在1650~1670℃氮气氛下保温2~4h进行第二步煅烧，获得最终产品氧化锆水口砖。本发明提供的氧化锆水口砖及其制备方法，通过二步法氮气氛下煅烧，可使杂质铁原位转变为氮化铁，提高氧化锆砖的抗侵蚀性与使用寿命。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，特别涉及一种耐侵蚀氧化锆水口砖及其制备方法。

背景技术

氧化锆水口是连铸用的重要功能型耐火材料之一，起控制钢水流量的作用。钢水均匀稳定地通过水口流入结晶器，是保证连铸生产顺行和铸坯质量的关键。因此，要求水口具备良好的抗侵蚀性和热稳定性，在使用时不允许出现堵塞、脱落、开裂和扩径。水口扩径不仅导致通钢量增加，影响正常生产，脱落后的水口材料被卷入钢流中容易形成钢中非金属夹杂物，影响铸坯质量。

重所周知，氧化锆质水口扩径的原因主要是水口在使用时氧化锆中的稳定剂(如CaO、MgO、Y₂O₃等)与钢水中成分或钢水中的夹杂物反应而脱溶，导致氧化锆因稳定剂脱溶而失稳分解，变成单斜相小颗粒，并被钢水流股冲刷而脱落。为提高水口的抗侵蚀性和冲刷性，通常要求水口砖具有较高的致密度、抗侵蚀和抗侵蚀性。

为提高材料的致密度，通常需要超过1800℃的烧成温度，这将导致较高的生产成本。近年来在氧化锆水口砖生产过程中开始采用超细原料，提高原料烧结活性。文献1(公开号CN105732028A)提供了一种高温抗热震氧化锆水口砖的生产方法，将电熔氧化锆粉体研磨至14500目以下，可有效低烧成温度并提高材料的致密度。但在制粉过程中，不可避免地将引入钢质磨球中的金属Fe。为消除杂质Fe的不利影响，通常也可采用磁选除杂，但去除效果受到一定影响。文献1采用稀酸溶液对粉体进行浸泡除杂，虽然去除效果良好，但不仅工艺复杂，采用酸液除杂时也容易影响环境。

另一方面，随着水口砖致密度的提高，材料的热稳定性变差。由于氧化锆晶相转变引起的体积效应，在水口砖受到热冲击时容易产生开裂现象。因此，在氧化锆砖制备过程中通常加入适量的稳定剂与部分ZrO₂形成固溶体，抑制立方或四方晶系ZrO₂向单斜晶系ZrO₂转变，同时还可通过形成晶格缺陷在一定程度上促进烧结。在众多稳定剂中，CaO、MgO等简单氧化物成本低，但在长时间高温条件下容易析出；Y₂O₃、Ce₂O₃等稀土氧化物与ZrO₂形成的固溶体较为稳定，但成本相对较高。随稀土氧化物分子量增大，固溶难度增加，但固溶后稳定性提高。

如前所述，在氧化锆水口砖生产过程中，为保证水口性能，在原料成分设计方面，通常要求原料纯度越高越好；为促进烧结和提高抗热震性，要求原料粒度越细越好，并添加适量稳定剂，在较高温度的空气条件下烧成。为提高氧化锆水口砖的抗侵蚀性，文献2(公开号CN104860675A)公开了一种利用ZrO₂-Al₂O₃复合粉体制备氧化锆质定径水口的方法，通过细小分散的Al₂O₃颗粒与析出的MgO反应形成在氧化锆晶界形成抗热震稳定性的镁铝尖晶石，提高氧化锆水口的性能。生产工艺方面，通过除杂去除制粉过程中带入的杂质铁，并在保证原料纯度的条件下通过较高的烧成温度实现水口砖的致密化烧结。众所周知，氮化物较氧化物具有良好的力学性能和抗侵蚀性，在滑板砖生产过程中常加入金属铝并在氮气氛下烧成，通过化学反应原位生成氮化铝来提高滑板的力学性能和抗侵蚀性。由于金属铝化学活性非常活泼，不能采用粒度很细的金属铝粉，这就容易因金属铝挥发影响滑板的致密度。同时，由于铝粉颗粒较大，分散效果受到一定影响，因此需要较多的添加量。有待改进。