一种降低金属镍熔炼粘结挂壁的耐火材料坩埚的制备方法与流程

本发明属于电子行业用金属镍纯净熔炼制备，涉及一种降低金属镍熔炼挂壁粘结、减少坩埚侵蚀、提高材料收得率的复合耐火材料坩埚的制备方法。

背景技术：

1、纯金属镍具有良好的导电性、加工延展性以及耐腐蚀性，广泛应用在电子行业等领域。近年来，纯金属镍带材、箔材的在新能源电池等应用领域不断扩大，需求量和产品质量的要求都不断提高。例如，国家标准中规定牌号为纯金属镍(如n6)的纯镍带的杂质总含量不超过0.5％wt。由于生产工艺与国外相比存在一定差距，国内航空航天、电子等高端领域用纯金属镍带材、箔材的进口量较大。因此，需要尽快提升我国纯金属镍产品的质量水平，降低生产成本，以满足国内需求。

2、电子行业用金属镍产品的主要制备工序之一是真空感应熔炼，而坩埚是真空感应炉的重要组成部分，金属镍熔炼过程中，不但要承受各种机械应力的作用，而且要承受高温金属液的侵蚀，熔炼坩埚的质量水平直接关系到产品的冶金质量、加工成本和生产安全。因此，制备出质量水平高、使用寿命长的高性能耐火材料坩埚是保证产品质量的基础。

3、坩埚材料在1550℃～1750℃的高温下使用，要求使用的坩埚材料必须具有高的高温强度、稳定的物理化学性能，在高温、高真空环境下，坩埚材料、金属液、熔渣、气体之间会发生各种冶金物理化学反应，反应的结果反而容易导致金属熔体出现粘结挂壁、坩埚侵蚀、钢液被污染等问题。此外，坩埚材料还需要具有良好的热震性。热震性是指耐火材料坩埚抵抗温度急剧变化而不产生裂纹的能力。坩埚在使用过程中，由于周期性的承受加热、冷却的循环作用，在坩埚内部随之产生膨胀应力和收缩应力，坩埚中会产生裂纹，导致渗钢而破坏。

技术实现思路

1、本发明针对电子行业用的高品质纯金属镍真空感应熔炼的需求，提出了一种降低金属镍熔炼过程中粘结挂壁的耐火材料坩埚的制备方法。该方法得到的耐火材料坩埚具有使用温度高、工艺简单、成本低等优点，特别适合于对纯镍带材质量要求高的电子行业的产品生产需求，使用该方法制备得到的坩埚能显著提高纯镍金属产品的冶金质量水平。

2、一种降低金属镍熔炼粘结挂壁的耐火材料坩埚的制备方法，该方法包括将镁铝尖晶石砂和氧化钙熔块颗粒装入具有弹性的橡胶模具中，采用捣打方式制备镁铝尖晶石-氧化钙复合坩埚坯体，把装有复合坩埚坯体的橡胶模具进行冷等静压成形，等静压施加压力范围为90mpa～120mpa，保压时间15min～30min，再进行高温烧结，惰性气体封装。

3、优选地，所述的制备镁铝尖晶石-氧化钙复合坩埚坯体过程中，与橡胶模具接触的坩埚外层铺放镁铝尖晶石砂，厚度为6mm～10mm，坩埚内壁部位铺放氧化钙熔块颗粒的厚度为20mm～30mm。

4、优选地，所述的氧化钙熔块颗粒中氧化钙含量＞93％，氧化镁含量2～4％，氧化铝含量0.5～1％，其余杂质；氧化钙熔块颗粒粒度小于2mm。

5、优选地，所述的镁铝尖晶石砂是由镁铝尖晶石与硼酸均匀混合得到，混料时间不小于10min，硼酸添加量为镁铝尖晶石质量的1～2％。

6、优选地，所述的镁铝尖晶石中氧化镁含量75～80％，氧化铝含量20～25％，氧化硅含量0.5％以下，其余杂质。

7、优选地，所述镁铝尖晶石粒度小于1.5mm。

8、优选地，所述高温烧结温度为1400℃～1480℃，保温时间为5h～8h。

9、优选地，所述氧化钙熔块为通过石灰石高温煅烧后，破碎并筛分后的颗粒料，可以直接市场采购得到。制备的坩埚使用温度达到1850℃，高温下化学稳定性好，抗渣侵蚀能力强，非常适合于低硫、低非金属夹杂的高纯净金属的制备。

10、由于纯金属镍真空感应熔炼中使用坩埚时，感应炉冶炼过程中，高温合金熔体偏碱性，本发明一方面选择坩埚材料的碱度和炉渣的碱度接近来抵抗炉渣化学侵蚀，减少化学侵蚀的影响，延长坩埚的使用寿命，另一方面，为提高材料的耐热震性，结合使用镁铝尖晶石砂来进一步降低坩埚材料的热膨胀系数，减少高温下的体积变化。氧化钙材料虽然具有强烈吸水性，但两者组合使用还能避免常温下氧化钙坩埚很难保存的问题。

11、优选地，所述的镁铝尖晶石是采用工业电弧炉高温熔融烧结氧化镁及氧化铝。

12、上述降低金属镍熔炼粘结挂壁的耐火材料坩埚的制备方法具体过程如下：

13、(1)取氧化钙熔块颗粒，破碎后筛分粒度小于2mm；其中，氧化钙熔块中氧化钙含量

14、＞93％，氧化镁含量2～4％，氧化铝含量0.5～1％；

15、(2)取镁铝尖晶石，破碎后筛分尖晶石粒度小于1.5mm；其中，尖晶石中氧化镁含量75～80％，氧化铝含量20～25％，氧化硅含量0.5％以下，其余杂质；把筛分后的镁铝尖晶石与硼酸均匀混合得到镁铝尖晶石砂，混料时间不小于10min，硼酸添加量为镁铝尖晶石质量的1～2％；

16、(3)把调混均匀的镁铝尖晶石砂和氧化钙熔块颗粒装入具有弹性的橡胶模具中，采用捣打方式制备镁铝尖晶石-氧化钙耐火材料复合坩埚坯体；其中，与橡胶模具接触的坩埚外层铺放镁铝尖晶石砂，厚度6mm～10mm，坩埚内壁部位铺放氧化钙熔块颗粒，厚度为20mm～30mm；

17、(4)等静压密实；把步骤(3)装有镁铝尖晶石-氧化钙耐火材料复合坩埚坯体的橡胶模具放入冷等静压机中进行冷等静压成形；等静压施加压力范围为90mpa～120mpa，保压时间15min～30min；

18、(5)高温烧结后惰性气体封装；高温烧结温度为1400℃～1480℃，保温时间为5h～8h。

19、本发明针对国产纯镍金属熔炼过程中传统耐火材料坩埚易粘结、挂壁和影响冶金质量等问题，通过设计耐火材料复合坩埚的成分和结构，制备出耐侵蚀、不易粘结挂壁的新型坩埚，提高了电子行业用金属镍产品的质量水平。

20、与现有技术比较本发明的优点和效果：

21、①复合耐火材料坩埚结构设计；结合实际的工程问题，设计了镁铝尖晶石-氧化钙耐火材料复合坩埚的成分及其结构。其中，与胶套接触的坩埚外层铺放镁铝尖晶石砂，厚度约6mm～10mm，而坩埚内壁部位铺放氧化钙砂，制备成外层强度较高，内层抗熔渣侵蚀性更好的复合坩埚。此外，氧化钙熔块中氧化钙含量大于93％，氧化镁含量2～4％，氧化铝含量0.5～1％；尖晶石中氧化镁含量75～80％，氧化铝含量20～25％，氧化硅含量0.5％以下。因此，本发明将镁铝尖晶石砂结合氧化钙耐火材料做金属镍熔炼用坩埚，减少金属镍粘结挂壁的同时，能够提高材料的抗热震性，延长坩埚使用寿命，

22、②等静压密实。包装镁铝尖晶石-氧化钙耐火材料的橡胶模具放入冷等静压机中采用冷等静压成形。等静压施加压力范围为90mpa～120mpa，保压时间15min～30min，提高了坩埚的致密度，有助于延长复合坩埚的使用寿命。

23、本发明将金属材料的真空冶金技术和耐火材料坩埚制备技术结合，针对高品质纯镍金属的优质熔炼需求，创新性的设计出金属镍真空感应熔炼的耐火材料复合坩埚，得到的复合坩埚具有使用温度高、工艺简单、成本较低等优点，特别适合于对纯镍带材质量要求高的电子行业的产品需求。