一种电熔法生产镁稳定锆的方法与流程

本发明涉及无机材料技术领域，具体说是一种电熔法生产镁稳定锆的方法。

背景技术：

镁基稳定锆的制取方法主要有烧结法和电熔法，目前耐火材料领域用镁稳定锆主要以二步电熔法生产为主。二步电熔法生产镁稳定锆，即先用锆英砂炉内脱硅熔炼出氧化锆后，再用氧化锆加稳定剂进行二次熔炼生成稳定型氧化锆。因氧化锆有单斜、四方和立方三种晶相，氧化锆随着温度的升高单斜相向四方相、立方相转变，随着温度的降低立方相氧化锆又逐渐向四方相和单斜相转变。温变过程同时伴随有体积效应发生，所以单斜相氧化锆无法制造成制品使用，必须引入适量的稳定剂。当前行业镁基稳定锆的生产方法主要以电熔法为主，其产品在结构陶瓷、功能陶瓷等领域中得到广泛应用，但在某些功能陶瓷领域，如用于冶金连铸用的镁稳定锆耐火材料，其抗侵蚀性和使用寿命等指标还存在较大提升空间。目前市场上的镁稳定锆普遍存在的缺陷为材料晶粒小，晶界多，晶界间杂质形成有害相，最终导致制品冷强度差，致密度偏低，热稳定性波动大，不能满足冶金、化工等行业对镁基稳定锆的材料指标的要求。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种电熔法生产镁稳定锆的方法，利用该方法可以生产得到晶体生长足够大的镁基稳定锆，产品晶粒大，晶界少，晶界间生成的有害夹杂相减少，制品的冷强度好，致密度有效提升，热稳定性好，能有效满足冶金、化工等行业对镁基稳定锆的材料指标的要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电熔法生产镁稳定锆的方法，包括以下步骤：

步骤s1、将氧化锆与碳素还原剂在电弧炉内脱硅后进行精炼，然后加入镁稳定剂进行反应；

步骤s2、反应完成后，提升电极至熔池顶部，再向炉内加入氧化锆继续熔炼，待氧化锆熔化后再加入镁稳定剂进行反应；

步骤s3、重复执行n次步骤s2，n大于或等于1，以熔池液面不超过炉内顶部的安全线高度为宜；

步骤s4、熔炼完成后，用镁稳定剂覆盖炉内高温熔坨表面，保温120h以上出炉。

本发明的有益效果在于：采用本发明方法生产镁基稳定锆，不但可以提升单炉产量，降低产品生产成本，而且可以得到晶体生长足够大的产品。产品晶粒大，晶界少，晶界间生成有害夹杂相的几率减少，产品晶相检测见实例1和实例2图例，产品质量稳定。同时，此工艺生产出的制品通过检测冷态抗压强度达到150-170mpa，真密度为5.85-6.0g/cm3，冷强度好，致密度有效提升，热稳定性好，能有效满足冶金、化工等行业对镁基稳定锆的材料指标的要求，进一步推动了电熔法制备优质镁基稳定锆技术的发展。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的实施例1的镁基稳定锆晶相检测图；

图2为本发明具体实施方式的实施例2的镁基稳定锆晶相检测图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。

本发明最关键的构思在于：采用电极上升式分段熔炼技术进行单炉分批熔炼，在下层熔炼完成后，提升电极至熔池顶部再加入氧化锆和镁稳定剂进行上层熔炼，利用上层熔体对下层熔坨进行保温，促进下层熔坨的晶体长大，减少晶界杂质相的形成。熔炼结束后用镁稳定剂粉料覆盖炉内的高温熔坨表面，使熔坨顶部得以保温，保证熔坨顶部的晶体也有足够的生长时间，从而生产得到晶粒粗大、晶界少、晶界间生成的有害夹杂相少的镁稳定锆。

具体的，本发明提供的电熔法生产镁稳定锆的方法，包括以下步骤：

步骤s1、将氧化锆与碳素还原剂在电弧炉内脱硅后进行精炼，然后加入镁稳定剂进行反应；

步骤s2、反应完成后，提升电极至熔池顶部，再向炉内加入氧化锆继续熔炼，待氧化锆熔化后再加入镁稳定剂进行反应；

步骤s3、重复执行n次步骤s2，n大于或等于1，以熔池液面不超过炉内顶部的安全线高度为宜；

步骤s4、熔炼完成后，用镁稳定剂覆盖炉内高温熔坨表面，保温120h以上出炉。

在上述生产方法中，起初配入少量的碳素还原剂进行脱硅和精炼，可以使炉内残留的硅、铝、铁、钛等氧化物杂质高温还原去除，避免杂质对产品的影响。随后加入镁稳定剂与氧化锆进行反应得到镁稳定锆，采取电极上升式分段熔炼技术进行单炉分批熔炼，在下层熔炼完成后，提升电极至熔池顶部再加入氧化锆和镁稳定剂进行上层熔炼，上层熔体对下层熔坨起到保温作用，促进下层熔坨的晶体长大，减少晶界杂质相形成作用，同时提高送电操作的连续性，提高单炉产量，降低产品物耗。熔炼结束后，用镁稳定剂粉料覆盖炉内高温熔坨表面，使熔坨顶部得以保温，降低熔坨顶部的冷却速度，保证熔坨顶部的晶体有足够的生长时间。

在上述生产方法中，氧化锆熔化后再加入镁稳定剂，可以有效避免镁稳定剂直接与电极等碳素接触，防止镁稳定剂被电极等炭素还原消耗。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：采用本发明方法生产镁基稳定锆，不但可以提升单炉产量，降低产品生产成本，而且可以得到晶体生长足够大的产品。产品晶粒大，晶界少，晶界间生成有害夹杂相的几率减少，产品质量稳定。同时，此工艺生产出的制品冷强度好，致密度有效提升，热稳定性好，能有效满足冶金、化工等行业对镁基稳定锆的材料指标的要求，进一步推动了电熔法制备优质镁基稳定锆技术的发展。

进一步的，在步骤s1中，电弧炉在精炼时的电压为160～260v，电流为5～13ka。

进一步的，在步骤s1中，精炼时间为10～40min，以控制炉内熔体为微氧化性气氛，然后再加入镁稳定剂进行反应。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：调控炉内熔体为微氧化性气氛后再加入镁稳定剂进行稳定化反应，可以有效减少镁稳定剂与电极等炭素反应的损耗。

进一步的，镁稳定剂与氧化锆的反应时间为5～15min。

进一步的，所述氧化锆为品位≥99wt％的高纯电熔氧化锆，所述碳素还原剂选自石墨电极、石油焦、沥青焦和木炭中的一种或多种，氧化锆与碳素还原剂的重量比为氧化锆∶碳素还原剂＝45～90∶1。

进一步的，所述镁稳定剂的配入量为氧化锆重量的2.75％～3.75％。

进一步的，在步骤s2中，缓慢提升电极至熔池顶部后，降低电极的功率使熔池的顶部保持有熔区，待氧化锆加入后再提升至原功率进行熔炼。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：缓慢提升电极至熔池顶部后，降低电极的功率使熔池仅在顶部保持有熔区，一方面可以使熔池的其他部分进行缓慢冷却结晶，延长晶体的生长时间，促进晶体长大，另一方面熔池顶部保持的熔区也可以有效避免发生过流、断相等问题而二次起弧。

进一步的，所述镁稳定剂选自电熔氧化镁、氢氧化镁和菱镁石中的一种或多种。

实施例1

1、将氧化锆与石墨电极按质量比86:1比例混匀后加入电弧炉内进行脱硅反应后，提升电压至220v精炼11min，以调控炉内熔体为氧化性气氛；

2、然后向炉内高温熔体中加入质量百分比例为3.2％的电熔氧化镁继续进行高温熔炼6min，使电熔氧化镁与氧化锆充分熔合稳定；

3、缓慢提升电极至熔池顶部，用小功率保持熔池顶部小区域熔炼，向炉内加入事先备好的氧化锆原料，提升功率进行高温熔炼；

4、待氧化锆熔化后向炉内高温熔体中加入3.2％比例的电熔氧化镁继续进行高温熔炼8min；

5、按步骤3所述重复操作，直到熔池液面接近炉内顶部安全线高度，断电停止熔炼；

6、提升起电极后，迅速将事先准备好的电熔氧化镁粉料铺入炉内高温熔坨表面，以保温让熔坨在炉内随炉缓慢冷却；

7、随炉冷却150h后出炉，得到镁基稳定锆产品，检测产品冷态抗压强度达到164mpa，真密度为5.93g/cm³产品晶相检测见下图1。

实施例2

1、将氧化锆与石墨电极按质量比78:1比例混匀后加入电弧炉内进行脱硅反应后，提升电压至240v精炼20min，以调控炉内熔体为氧化性气氛；

2、然后向炉内高温熔体中加入质量百分比例为3.6％的氢氧化镁继续进行高温熔炼5min，使氢氧化镁与氧化锆充分熔合稳定；

3、缓慢提升电极至熔池顶部，用小功率保持熔池顶部部分熔区，向炉内加入事先备好的二氧化锆原料，提升功率进行高温熔炼；

4、待氧化锆熔化后向炉内高温熔体中加入3.5％比例的氢氧化镁继续进行高温熔炼6.5min；

5、按步骤3所述重复操作，直到熔池液面接近炉内顶部安全线高度，断电停止熔炼；

6、提升起电极后，迅速将事先准备好的氢氧化镁粉料铺入炉内高温熔坨表面，以保温让熔坨在炉内随炉缓慢冷却；

7、随炉冷却130h后出炉，得到镁基稳定锆产品。检测产品冷态抗压强度达到158mpa，真密度为5.86g/cm³产品晶相检测见图2。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。