[发明专利]一种高纯氧化锆重质耐火制品及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种高纯氧化锆重质耐火制品及制备方法。

背景技术

氧化锆是一种重要的耐火原料，熔点高达2715℃，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、Al₂O₃-ZrO₂-C砖、Cr₂O₃-Al₂O₃-ZrO₂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℃)、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(Φ50mm，h80mm)，显气孔率低(≈15％)、体积密度高(≥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。

发明内容

本发明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、显微结构均匀等特点，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。

本发明完成其发明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ZrO₂含量≥98wt％，所述ZrO₂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。

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匀，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℃～180℃干燥后，1630℃～1800℃烧成，即得高纯重质氧化锆耐火制品。

所述的部分稳定氧化锆颗粒是指颗粒粒度范围为0.15mm～1mm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。