专利名称：刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层的制备方法
技术领域：
本发明涉及有关钢铁冶金工业中连续铸造中间包用控制钢水流量的装置的制备，具体是一种刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层的制备方法。
背景技术：
定径水口是指安装在连续铸造中间包底部的一种高温结构陶瓷制作的功能器件。其主要作用是中间包钢水静压力基本维持不变，钢水通过定径水口流入结晶器，结晶器通过大流量水冷，带走钢液凝固时放出的热量，使钢水凝固成坯。由于结晶器水冷带走的热量有限，因而，单位时间内流入结晶器的钢液数量必须在一定范围之内。定径水口的孔径愈大，单位时间流入结晶器钢液数量愈多，选择合适的孔径制成中间包用水口，即为定径水口。定径水口失效的主要原因，一是由于钢水流动过程中的冲刷、侵蚀造成扩径，使流入结晶器的钢水凝固放出的热量大于结晶器冷却水所能带走的热量而退出使用；二是初次使用时，与钢水接触温度急剧上升，由于急冷急热而造成开裂报废。复合定径水口是指水口由两部分不同材质复合、镶嵌制成。一般外部为价格较低材料，内层与钢水接触部位为价位较高的材料。与整体定径水口相比，复合的主要原因是为了在不影响使用寿命的前提下降低生产成本。复合定径水口的外形变化不大。孔径大小由使用单位确定。提高使用寿命的关键是镶嵌内层材质的改进。目前国内外生产的整体式定径水口多为锆英石质；复合定径水口外部材料多为高铝质，复合内层为氧化锆质，其氧化锆的含量—般为95%左右，实际使用寿命为10小时左右。使用寿命短的主要原因是抗侵蚀性能差、“扩径”较快，使用时钢、渣中的其他元素与氧化锆形成低熔点氧化物，熔融温度降低。目前国内氧化锆复合定径水口内层的烧成温度一般在1700°C 1720°C，为了降低烧结温度，在复合定径水口复合内层制备时添加烧结剂。所添加的烧结剂实际上是低熔物，在烧制过程中烧结剂与氧化锆形成低熔相，复合定径水口复合内层形成陶瓷结合。实际使用中，低熔相首先被侵蚀，突出的四方氧化锆相在失去结合相后，被钢水冲刷进入钢液中，形成钢中的非金属夹杂相。四方氧化锆相未发挥其高熔点、高抗侵蚀性的优良性能，从而造成复合定径水口复合内层使用寿命短。目前中间包用耐火材料吨钢承包价格中中间包涂料所占比重最大，约占50%左右。而随着引进技术的消化及原材料质量的提高，目前中间包涂料使用寿命已由原来使用寿命为6-8小时的硅质绝热板发展为使用寿命为16-20小时的湿法涂抹料，进而发展为目前多采用的使用寿命为30-40小时以上的干式振动料，即中间包除过定径水口以外，其余材料使用寿命均达30-40小时以上，使用寿命为10小时左右的定径水口已成为制约整个中间包使用寿命的瓶颈。为了降低中间包吨钢生产成本，在中间包定径水口使用部位增加了一种装置一中间包定径水口快换机构。当第一个定径水口使用6-8小时之后，用液压装置强行滑动推入第二个水口 ；如此下去，以维持整个中间包连续工作30小时以上。
中间包定径水口快换机构带来的问题是生产工艺复杂，设备结构及操作复杂，含铬工业废弃物数量增加，生产成本增加。在中间包吨钢总体承包价格中，仅中间包定径水口快换机构就占总体承包价格的三分之一左右。因此，生产长寿命复合定径水口，复合定径水口与中间包使用寿命同步，是降低生产成本，解决中间包定径水口快换机构带来诸多问题的关键。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层的制备方法，该方法制得的刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层，使用寿命可达23小时。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案一种刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层的制备方法，其特征在于，按照下列步骤进行1) ZrO2-Al2O3 复合粉制备取按重量百分比取ZrOCl2. 8H20 Al (NO3) 3· 9H20 Y(NO3) 3 = 50 85 15 50 1 3，制备母液，母液浓度0. 5-2. OMol/L,加入物料总重量1. 2%的分散剂，NH4 (OH)正滴定，搅拌至PH = 7 10，制得凝胶；将凝胶陈化9h 16h，-0. 095MPa真空吸滤，去离子水洗涤至硝酸银检测不到C1_为止；然后在500°C条件下反应2h，温度升至700°C，反应10h，反应完成后脱胶，制得ZrO2 = 45 士 1 % 的 ZrO2-Al2O3 复合粉；2)按照质量比取不同平均粒径级配组成的&02-Α1203复合粉90% 97%，稀土添加剂3% 10(%，共磨2411 48h，然后加入物料总量5% 10%的&02-Α1203凝胶作结合剂，等静压成型，105士5°C条件下干燥Mh，在1700°C 1720°C温度下烧结，制得刚玉斜锆石共析体复合定径水口复合内层。所述的不同平均粒径的^O2-Al2O3复合粉级配组成为粒径为1 μ m 3 μ m的占30%，粒径为5μπι 15 μ m的占15%，粒径为30 μ m 90 μ m的占55%。采用本发明的方法制得的刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层，氧化锆含量在ZrO2 = 45士 1%，Zr02+Al203彡95%，刚玉斜锆石共析体含量彡90%，体积密度为4. 50 4. 60g/cm3，冷态耐压强度> 300Mpa。经申请人的试用结果表明，使用寿命可达23小时。
图1是本发明的复合定径水口的制备工艺流程图。以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式申请人:从“七五 十五”期间连续承担国家科技攻关项目，研究&02^1203质材料。研究结果证明&O2-ai2O3质材料中&O2-AI2O3形成的刚玉斜锆石共析体结构，其抗侵蚀性远优于单一刚玉相或四方氧化锆相。主要原因是^o2与Al2O3形成刚玉斜锆石共析体结构后，晶相均勻分散于刚玉基体中，钢或渣中的氧化物与&02、Al2O3共同发生作用，&02、Al2O3同时受钢或渣的均勻侵蚀，不存在刚玉或氧化锆结晶相在结合相侵蚀后，晶相颗粒被冲刷进入钢或渣中的问题，因而使用寿命明显延长。由于氧化锆的相变增韧作用，ZrO2-Al2O3质材料比单一 ^O2质材料抗热冲击性能明显提高。该研究成果用于大型浮法玻璃熔窑熔池部位，玻璃熔窑的抗侵蚀性明显提高，使用寿命由原来的2-3年，提高至6-8年。为了生产刚玉斜锆石共析体细结晶陶瓷复合定径水口，关键是生产刚玉斜锆石共析体含量高，ZrO2Ul2O3分布均勻的陶瓷原料。为了实现&02、A1203在分子级的均勻分布，制备^O2-Al2O3复合超微粉是制备产品的前提。申请人:结合承担的陕西省科技攻关项目“刚玉斜锆石共析体细结晶陶瓷研究开发(编号2003K07-G9) ”，以及承担的陕西省西安市工业攻关项目“氧化锆复合弥散刚玉相特种高温陶瓷(编号GG200347)，，的研究成果，采用了溶胶-凝胶法、络合沉淀法、炭黑包裹燃烧法，通过控制可溶铝、锆盐的相对含量，找出了 ^O2-Al2O3复合粉的制备方法，即按重量百分比取 ZrOCl2. 8H20 Al (NO3) 3· 9H20 Y(NO3)3 = 50 — 85 15 50 1 3，制备母液，母液浓度0. 5-2. OMol/L,沉淀最佳PH = 7-10,陈化9_16h、水洗除氯工艺优化，脱胶最佳工艺条件为500°C条件下反应池，然后在700°C条件下反应10h，制备出了平均粒径在1-3 μ m、5_15 μ m、30-90 μ m不同粒径分布的^O2-Al2O3复合粉。再利用上述不同平均粒径的^O2-Al2O3复合粉进行级配，通过添加稳定剂，加入适量^O2-Al2O3凝胶作结合剂，经干燥、等静压成型和烧结，制取刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层。其制备工艺流程见图1所示。以下是发明人给出的实施例。实施例1 步骤一，按重量百分比取ZrOCl2. 8H20 Al (NO3)3· 9H20 Y(NO3)3 = 70 30 3，制备母液，加入物料总重量1.2%的分散剂(TH-908陶瓷分散剂)，NH4(0H)正滴定，搅拌至PH = 7-10,制得凝胶，陈化12h ；-0. 095MPa真空吸滤，去离子水洗涤至硝酸银检测不到CF为止；然后在500°C条件下反应池后将温度升至700°C，反应10h，反应完成后脱胶，即制得^O2 = 45士1%的&02-Α1203复合粉。其粒径分别为Iym 3μπι，5μπι 15μπι，30 μ m 90 μ m。步骤二，将上述不同平均粒径的^O2-Al2O3复合粉进行级配，其组成为粒径为Ιμπι 3μπι的占30%，粒径为5 μ m 15 μ m的占15%，粒径为30 μ m 90 μ m的占55%。步骤三，按照上述&02-Α1203复合粉级配组成按质量比取97%，稀土元素添加剂按质量比取3%，共磨48h，然后加入混合物料总量10%的^O2-Al2O3凝胶作结合剂，等静压成型，105士5°C条件下干燥Mh，在1700°C 1720°C烧成，制得刚玉斜锆石共析体含量^ 90%，使用寿命可达23小时的复合定径水口内层。实施例2 本实施例和实施例1所不同的是步骤三中的^O2-Al2O3复合粉级配组成按质量比取90%，稀土元素添加剂10%，共磨24h ；其他步骤同实施例1，同样制得刚玉斜锆石共析体含量> 90%，使用寿命可达23小时的复合定径水口内层。实施例3:本实施例和实施例1所不同的是步骤三中的^O2-Al2O3复合粉级配组成按质量比取95%，稀土元素添加剂5%，共磨36h ；其他步骤同实施例1，同样制得刚玉斜锆石共析体含量> 90%,使用寿命可达23小时的复合定径水口内层。
权利要求
1.一种刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层的制备方法，其特征在于，按照下列步骤进行DZrO2-Al2O3复合粉制备取按重量百分比取 ZrOCl2. 8H20 Al (NO3) 3· 9H20 Y (NO3) 3 = 50 85 15 50 1 3，制备母液，母液浓度0. 5-2. OMol/L，加入物料总重量1. 2%的分散剂，NH4 (OH)正滴定，搅拌至PH = 7 10，制得凝胶；将凝胶陈化9h 16h，-0. 095MPa真空吸滤，去离子水洗涤至硝酸银检测不到Cl—为止；然后在500°C条件下反应池，温度升至700°C，反应10h，反应完成后脱胶，制得^O2 =45 士 1 % 的 ZrO2-Al2O3 复合粉；2)按照质量比取不同平均粒径级配组成的^O2-Al2O3复合粉90 % 97 %，稀土添加剂3% 10%，共磨24h 48h，然后加入物料总量5% 10%的&02-Α1203凝胶作结合剂，等静压成型，105士5°C条件下干燥Mh，在1700°C 1720°C温度下烧结，制得刚玉斜锆石共析体复合定径水口复合内层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的不同平均粒径的^O2-Al2O3复合粉级配是粒径组成为Ιμ 3μπι的占30%，粒径为5 μ m 15 μ m的占15%，粒径为30 μ m 90 μ m 的占 55%。
全文摘要
本发明公开了一种刚玉斜锆石共析体复合定径水口内层的制备方法，首先制备ZrO2-Al2O3复合粉；然后将ZrO2-Al2O3复合粉的粒径进行级配，加入稀土添加剂，共磨24h～48h，然后加入物料总量5％～10％的ZrO2-Al2O3凝胶作结合剂，等静压成型，105±5℃条件下干燥24h，在1700℃～1720℃温度下烧结，制得刚玉斜锆石共析体复合定径水口复合内层，其氧化锆含量在ZrO2＝45±1％，ZrO2+Al2O3≥95％，刚玉斜锆石共析体含量≥90％，体积密度为4.50～4.60g/cm3，冷态耐压强度≥300Mpa。经申请人的试用结果表明，使用寿命可达23小时。
文档编号C04B35/622GK102557690SQ201210003250
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者曹怡, 武志红, 毕波, 田晓利, 薛群虎 申请人:西安建筑科技大学