本发明涉及一种铝合金熔炼炉、保温炉等冶金设备用的内衬材料，特别涉及一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料及其制备方法。
背景技术：
近十年以来，铝加工工业发展迅速，逐渐应用在国计民生等的各个领域，其具体包含铝型材、铝板材、铝带材、铝箔材，铸造铝等各个产品类型。在发展过程中出现了适应不同需求的材料性能及结构，也出现了相应的不同的生产工艺。
例如，铝型材的生产工艺主要包括熔铸、挤压、上色等；铝板、带材的生产工艺主要包括熔铸、铸造、连铸连轧等；铝铸件的生产工艺主要包括熔铸、铸造。
铝制品的生产过程中需要将铝锭（铝合金锭）等原料，通过铝熔炼炉、保温炉等热工设备，加热至800-1100℃将其熔解为液态铝，再对铝液进行精炼处理、冷却加工，最终得到所希望的制品结构及制品性能。
随着铝合金冶炼工艺的强化和铝合金品位的提升，对铝合金冶炼用耐火材料也提出了更高的要求。特别是用于与铝液直接接触的耐火浇注料。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料，具备很好地抵抗铝液侵蚀性能，延长内衬使用寿命，实现废弃资源循环利用的目的。
本发明还提供了上述抗铝液渗透浇注料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料，按重量份计由以下组分混合制成：钒铁渣65～80份，ZrN-SiAlON粉10~15份，高铝细粉10～30份，氧化铝微粉3～10份，硅微粉2～10份，高铝水泥5～10份，菱镁矿3～5份，硫酸钡2～3份，氟化钙2～3份，水5～10份。
本发明的核心在于使用钒铁渣+ ZrN-SiAlON粉作为抗铝液渗透浇注料的主要原料，为冶金废渣，抗铝液侵蚀性能高。ZrN-SiAlON粉耐高温性能好，抗铝液渗透及腐蚀性能好。
钒铁渣是铝热法生产钒铁合金的固体废弃物。据统计，随着钒铁产量的大幅度增长，全国钒铁渣的年产量在5万吨以上。钒铁中的氧化铝的成分在80%以上，含有一定量的氧化镁和氧化钙，并含有极少量的氧化硅成分，对于铝溶液具有好的不润湿性。其耐火性能优异，可以作为优质高铝原料的替代品。用于铝熔炼行业具有较大的可行性。
高铝细粉是利用天然的矾土细粉，经过高温煅烧，得到的一种产品。高铝细粉具有多个级别，级别越高，其氧化铝成分的含量越高。其主要以氧化铝为主，含有一定量的氧化硅成分。矿物相主要含有刚玉、莫来石成分。具有一定的抗铝液侵蚀能力。
氧化铝微粉，是用高温煅烧氧化铝粉体以工业氢氧化铝或工业氧化铝为原料，在适当的温度下煅烧成晶型稳定的α-型氧化铝产品；再以煅烧α-型氧化铝为原料，经过球磨制成的微粉。具有高的化学纯度，主要以氧化铝成分为主。
硅微粉，是铁合金在冶炼硅铁和工业硅（金属硅）时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成。优质微硅粉主要被用作高性能耐火浇注料、预制件、钢包料、透气砖、自流型耐火浇注料及干湿法喷射材料。在高温陶瓷领域，如：氧化物结合碳化硅制品，高温型硅酸钙轻质隔热材料，电磁窑用刚玉莫来石推板，高温耐磨材料及制品，刚玉及陶瓷制品，赛龙结合制品等，微硅粉的使用具有高流动性、低蓄水量、高致密度和高强度等特点。
高铝水泥（以前称矾土水泥）是以铝矾土和石灰为原料，按一定比例配制，经煅烧、磨细所制得的一种以铝酸盐为主要矿物成分的水硬性胶凝材料，又称铝酸盐水泥。用于耐火浇注料的常温结合。
氟化钙，又称为萤石。其作为助熔剂、遮光剂加入，它能促进玻璃原料的熔化；在水泥生产中，萤石作为矿化剂加入。萤石能降低炉料的烧结温度，减少燃料消耗，同时还能增强烧结时熟料液相粘度，促进硅酸三钙的形成；在陶瓷工业中，萤石主要用作瓷釉，它能在瓷釉生产过程中起到助色和助熔作用；萤石还应用于搪瓷工业和铸石生产中。
本发明的配方中的浇注料需要在模具中浇注并振动成型，并通过烘烤脱水，最终以预制块为产品形态。有利于实现实际炉窑砌筑过程中的快速施工，并有利于减少炉窑烘干与预热时间，减少能源消耗。
作为优选，按重量份计由以下组分混合制成：钒铁渣65～75份，ZrN-SiAlON粉10~15份，高铝细粉16～25份，氧化铝微粉5～9份，硅微粉3～8份，高铝水泥5～10份，菱镁矿3～5份，硫酸钡2～3份，氟化钙2～3份，水5～10份。
作为优选，按重量份计由以下组分混合制成：钒铁渣67～71份，ZrN-SiAlON粉10~15份，高铝细粉16～18份，氧化铝微粉5～7份，硅微粉3～5份，高铝水泥5～10份，菱镁矿3～5份，硫酸钡2～3份，氟化钙2～3份，水5～10份。
作为优选，所述ZrN-SiAlON粉体通过以下步骤制得：
（1）将重量份分别为4~8份氧化铝粉，10~15份锆英石，30~45份炭黑混合均匀得基料，置于球磨罐中，以水为介质球磨3~5h，然后冷冻干燥；
（2）将步骤（1）冷冻干燥后的混合料再干混20~30min；
（3）将干混后的混合料以70~80MPa的压力压制成型，再置于微波高温气氛炉中，于1400~1600℃保温5~8h，保温过程中通入流动的氮气，流量为0.5~2L/min；
（4）将上述加热后的混合料在600~800℃的空气中氧化3~5h，冷却后粉碎即得ZrN-SiAlON粉体。本发明采用微波加热合成、烧结制备ZrN-SiAlON粉体，具有降低烧结温度、缩短烧结保温时间的优点。
作为优选，步骤（1）中基料与水的质量比为1.5~2：1。
作为优选，所述高铝细粉的粒径在325-1000目。
作为优选，所述氧化铝微粉的颗粒大小在300-600目。
作为优选，所述硅微粉的颗粒大小在400-700目。
一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料的制备方法，先将钒铁渣、ZrN-SiAlON粉和高铝细粉混合，搅拌10～15分钟后，加入氧化铝微粉，搅拌8～10分钟后，加入硅微粉，搅拌8～10分钟后，加入高铝水泥、菱镁矿、硫酸钡及氟化钙，搅拌16～20分钟后，最后加入水，搅拌均匀后放入预制的模具内，将模具放置在振动台振动均匀， 3小时后脱模得预制块，将预制块放入窑炉内烘干，然后取出，最后采用磨具进行表面打磨。
作为优选，预制块放入窑炉内烘干的过程是先在8小时内升温到100℃，然后在10小时内升温到800℃，再在800℃下保温6小时。
本发明的有益效果是：本发明采用科学的配方和工艺制造出抗铝液渗透浇注料，抗铝液渗透性强，导热系数低，使用寿命长，材料成本低，不污染铝水。与同类浇注料相比，本发明可以节省工业废弃物的排放，有效利用冶金废渣，本发明可以节省原材料成本20%以上，冶金设备的壳体温度比现有技术低30℃左右，节能效果好，使用寿命为原来的1.5倍以上。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
本发明的高铝细粉的粒径在325-1000目、氧化铝微粉的颗粒大小在300-600目、硅微粉的颗粒大小在400-700目。
实施例1：
一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料，按重量份计由以下组分混合制成：钒铁渣65份，ZrN-SiAlON粉15份，高铝细粉10份，氧化铝微粉3份，硅微粉2份，高铝水泥5份，菱镁矿3份，硫酸钡2份，氟化钙2份，水5份。
所述ZrN-SiAlON粉体通过以下步骤制得：
（1）将重量份分别为4份氧化铝粉，10份锆英石，30份炭黑混合均匀得基料，置于球磨罐中，以水为介质球磨3h，然后冷冻干燥；基料与水的质量比为1.5：1。
（2）将步骤（1）冷冻干燥后的混合料再干混20min。
（3）将干混后的混合料以70MPa的压力压制成型，再置于微波高温气氛炉中，于1400℃保温8h，保温过程中通入流动的氮气，流量为0.5L/min。
（4）将上述加热后的混合料在600℃的空气中氧化5h，冷却后粉碎即得ZrN-SiAlON粉体。
实施例2：
一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料，按重量份计由以下组分混合制成：钒铁渣80份，ZrN-SiAlON粉10份，高铝细粉30份，氧化铝微粉10份，硅微粉10份，高铝水泥10份，菱镁矿5份，硫酸钡3份，氟化钙3份，水10份。
所述ZrN-SiAlON粉体通过以下步骤制得：
（1）将重量份分别为8份氧化铝粉， 15份锆英石，45份炭黑混合均匀得基料，置于球磨罐中，以水为介质球磨5h，然后冷冻干燥；基料与水的质量比为2：1。
（2）将步骤（1）冷冻干燥后的混合料再干混30min。
（3）将干混后的混合料以80MPa的压力压制成型，再置于微波高温气氛炉中，于1600℃保温5h，保温过程中通入流动的氮气，流量为2L/min。
（4）将上述加热后的混合料在800℃的空气中氧化3h，冷却后粉碎即得ZrN-SiAlON粉体。
实施例3：
一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料，按重量份计由以下组分混合制成：钒铁渣67份，ZrN-SiAlON粉12份，高铝细粉16份，氧化铝微粉5份，硅微粉3份，高铝水泥7份，菱镁矿4份，硫酸钡2.5份，氟化钙2.5份，水7份。
所述ZrN-SiAlON粉体通过以下步骤制得：
（1）将重量份分别为6份氧化铝粉，12份锆英石，40份炭黑混合均匀得基料，置于球磨罐中，以水为介质球磨4h，然后冷冻干燥；基料与水的质量比为2：1。
（2）将步骤（1）冷冻干燥后的混合料再干混25min。
（3）将干混后的混合料以75MPa的压力压制成型，再置于微波高温气氛炉中，于1500℃保温7h，保温过程中通入流动的氮气，流量为1L/min。
（4）将上述加热后的混合料在700℃的空气中氧化4h，冷却后粉碎即得ZrN-SiAlON粉体。
实施例4：
一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料，按重量份计由以下组分混合制成：钒铁渣71份，ZrN-SiAlON粉13份，高铝细粉25份，氧化铝微粉9份，硅微粉8份，高铝水泥7份，菱镁矿3～5份，硫酸钡2～3份，氟化钙2～3份，水5～10份。ZrN-SiAlON粉体制备方法同实施例3。
实施例5：
一种添加ZrN-SiAlON的抗铝液渗透浇注料，按重量份计由以下组分混合制成：钒铁渣75份，ZrN-SiAlON粉14份，高铝细粉18份，氧化铝微粉7份，硅微粉5份，高铝水泥6份，菱镁矿4份，硫酸钡3份，氟化钙3份，水8份。ZrN-SiAlON粉体制备方法同实施例3。
本发明抗铝液渗透浇注料的制备方法为：先将钒铁渣和高铝细粉混合，搅拌10～15分钟后，加入氧化铝微粉，搅拌8～10分钟后，加入硅微粉，搅拌8～10分钟后，加入高铝水泥、菱镁矿、硫酸钡及氟化钙，搅拌16～20分钟后，最后加入水，搅拌均匀后放入预制的模具内，将模具放置在振动台振动均匀， 3小时后脱模得预制块，将预制块放入窑炉内烘干，然后取出，最后采用磨具进行表面打磨。预制块放入窑炉内烘干的过程是先在8小时内升温到100℃，然后在10小时内升温到800℃，再在800℃下保温6小时。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。