專利名稱：剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層的制備方法
技術領域：
本發明涉及有關鋼鐵冶金工業中連續鑄造中間包用控制鋼水流量的裝置的制備，具體是一種剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層的制備方法。
背景技術：
定徑水口是指安裝在連續鑄造中間包底部的一種高溫結構陶瓷制作的功能器件。其主要作用是中間包鋼水靜壓力基本維持不變，鋼水通過定徑水口流入結晶器，結晶器通過大流量水冷，帶走鋼液凝固時放出的熱量，使鋼水凝固成坯。由于結晶器水冷帶走的熱量有限，因而，單位時間內流入結晶器的鋼液數量必須在一定范圍之內。定徑水口的孔徑愈大，單位時間流入結晶器鋼液數量愈多，選擇合適的孔徑制成中間包用水口，即為定徑水口。定徑水口失效的主要原因，一是由于鋼水流動過程中的沖刷、侵蝕造成擴徑，使流入結晶器的鋼水凝固放出的熱量大于結晶器冷卻水所能帶走的熱量而退出使用；二是初次使用時，與鋼水接觸溫度急劇上升，由于急冷急熱而造成開裂報廢。復合定徑水口是指水口由兩部分不同材質復合、鑲嵌制成。一般外部為價格較低材料，內層與鋼水接觸部位為價位較高的材料。與整體定徑水口相比，復合的主要原因是為了在不影響使用壽命的前提下降低生產成本。復合定徑水口的外形變化不大。孔徑大小由使用單位確定。提高使用壽命的關鍵是鑲嵌內層材質的改進。目前國內外生產的整體式定徑水口多為鋯英石質；復合定徑水口外部材料多為高鋁質，復合內層為氧化鋯質，其氧化鋯的含量—般為95%左右，實際使用壽命為10小時左右。使用壽命短的主要原因是抗侵蝕性能差、“擴徑”較快，使用時鋼、渣中的其他元素與氧化鋯形成低熔點氧化物，熔融溫度降低。目前國內氧化鋯復合定徑水口內層的燒成溫度一般在1700°C 1720°C，為了降低燒結溫度，在復合定徑水口復合內層制備時添加燒結劑。所添加的燒結劑實際上是低熔物，在燒制過程中燒結劑與氧化鋯形成低熔相，復合定徑水口復合內層形成陶瓷結合。實際使用中，低熔相首先被侵蝕，突出的四方氧化鋯相在失去結合相后，被鋼水沖刷進入鋼液中，形成鋼中的非金屬夾雜相。四方氧化鋯相未發揮其高熔點、高抗侵蝕性的優良性能，從而造成復合定徑水口復合內層使用壽命短。目前中間包用耐火材料噸鋼承包價格中中間包涂料所占比重最大，約占50%左右。而隨著引進技術的消化及原材料質量的提高，目前中間包涂料使用壽命已由原來使用壽命為6-8小時的硅質絕熱板發展為使用壽命為16-20小時的濕法涂抹料，進而發展為目前多采用的使用壽命為30-40小時以上的干式振動料，即中間包除過定徑水口以外，其余材料使用壽命均達30-40小時以上，使用壽命為10小時左右的定徑水口已成為制約整個中間包使用壽命的瓶頸。為了降低中間包噸鋼生產成本，在中間包定徑水口使用部位增加了一種裝置一中間包定徑水口快換機構。當第一個定徑水口使用6-8小時之后，用液壓裝置強行滑動推入第二個水口 ；如此下去，以維持整個中間包連續工作30小時以上。
中間包定徑水口快換機構帶來的問題是生產工藝復雜，設備結構及操作復雜，含鉻工業廢棄物數量增加，生產成本增加。在中間包噸鋼總體承包價格中，僅中間包定徑水口快換機構就占總體承包價格的三分之一左右。因此，生產長壽命復合定徑水口，復合定徑水口與中間包使用壽命同步，是降低生產成本，解決中間包定徑水口快換機構帶來諸多問題的關鍵。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層的制備方法，該方法制得的剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層，使用壽命可達23小時。為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案一種剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層的制備方法，其特征在于，按照下列步驟進行1) ZrO2-Al2O3 復合粉制備取按重量百分比取ZrOCl2. 8H20 Al (NO3) 3· 9H20 Y(NO3) 3 = 50 85 15 50 1 3，制備母液，母液濃度0. 5-2. OMol/L,加入物料總重量1. 2%的分散劑，NH4 (OH)正滴定，攪拌至PH = 7 10，制得凝膠；將凝膠陳化9h 16h，-0. 095MPa真空吸濾，去離子水洗滌至硝酸銀檢測不到C1_為止；然后在500°C條件下反應2h，溫度升至700°C，反應10h，反應完成后脫膠，制得ZrO2 = 45 士 1 % 的 ZrO2-Al2O3 復合粉；2)按照質量比取不同平均粒徑級配組成的&02-Α1203復合粉90% 97%，稀土添加劑3% 10(%，共磨2411 48h，然后加入物料總量5% 10%的&02-Α1203凝膠作結合劑，等靜壓成型，105士5°C條件下干燥Mh，在1700°C 1720°C溫度下燒結，制得剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口復合內層。所述的不同平均粒徑的^O2-Al2O3復合粉級配組成為粒徑為1 μ m 3 μ m的占30%，粒徑為5μπι 15 μ m的占15%，粒徑為30 μ m 90 μ m的占55%。采用本發明的方法制得的剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層，氧化鋯含量在ZrO2 = 45士 1%，Zr02+Al203彡95%，剛玉斜鋯石共析體含量彡90%，體積密度為4. 50 4. 60g/cm3，冷態耐壓強度> 300Mpa。經申請人的試用結果表明，使用壽命可達23小時。


圖1是本發明的復合定徑水口的制備工藝流程圖。以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式申請人:從“七五 十五”期間連續承擔國家科技攻關項目，研究&02^1203質材料。研究結果證明&O2-ai2O3質材料中&O2-AI2O3形成的剛玉斜鋯石共析體結構，其抗侵蝕性遠優于單一剛玉相或四方氧化鋯相。主要原因是^o2與Al2O3形成剛玉斜鋯石共析體結構后，晶相均勻分散于剛玉基體中，鋼或渣中的氧化物與&02、Al2O3共同發生作用，&02、Al2O3同時受鋼或渣的均勻侵蝕，不存在剛玉或氧化鋯結晶相在結合相侵蝕后，晶相顆粒被沖刷進入鋼或渣中的問題，因而使用壽命明顯延長。由于氧化鋯的相變增韌作用，ZrO2-Al2O3質材料比單一 ^O2質材料抗熱沖擊性能明顯提高。該研究成果用于大型浮法玻璃熔窯熔池部位，玻璃熔窯的抗侵蝕性明顯提高，使用壽命由原來的2-3年，提高至6-8年。為了生產剛玉斜鋯石共析體細結晶陶瓷復合定徑水口，關鍵是生產剛玉斜鋯石共析體含量高，ZrO2Ul2O3分布均勻的陶瓷原料。為了實現&02、A1203在分子級的均勻分布，制備^O2-Al2O3復合超微粉是制備產品的前提。申請人:結合承擔的陜西省科技攻關項目“剛玉斜鋯石共析體細結晶陶瓷研究開發(編號2003K07-G9) ”，以及承擔的陜西省西安市工業攻關項目“氧化鋯復合彌散剛玉相特種高溫陶瓷(編號GG200347)，，的研究成果，采用了溶膠-凝膠法、絡合沉淀法、炭黑包裹燃燒法，通過控制可溶鋁、鋯鹽的相對含量，找出了 ^O2-Al2O3復合粉的制備方法，即按重量百分比取 ZrOCl2. 8H20 Al (NO3) 3· 9H20 Y(NO3)3 = 50 — 85 15 50 1 3，制備母液，母液濃度0. 5-2. OMol/L,沉淀最佳PH = 7-10,陳化9_16h、水洗除氯工藝優化，脫膠最佳工藝條件為500°C條件下反應池，然后在700°C條件下反應10h，制備出了平均粒徑在1-3 μ m、5_15 μ m、30-90 μ m不同粒徑分布的^O2-Al2O3復合粉。再利用上述不同平均粒徑的^O2-Al2O3復合粉進行級配，通過添加穩定劑，加入適量^O2-Al2O3凝膠作結合劑，經干燥、等靜壓成型和燒結，制取剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層。其制備工藝流程見圖1所示。以下是發明人給出的實施例。實施例1 步驟一，按重量百分比取ZrOCl2. 8H20 Al (NO3)3· 9H20 Y(NO3)3 = 70 30 3，制備母液，加入物料總重量1.2%的分散劑(TH-908陶瓷分散劑)，NH4(0H)正滴定，攪拌至PH = 7-10,制得凝膠，陳化12h ；-0. 095MPa真空吸濾，去離子水洗滌至硝酸銀檢測不到CF為止；然后在500°C條件下反應池后將溫度升至700°C，反應10h，反應完成后脫膠，即制得^O2 = 45士1%的&02-Α1203復合粉。其粒徑分別為Iym 3μπι，5μπι 15μπι，30 μ m 90 μ m。步驟二，將上述不同平均粒徑的^O2-Al2O3復合粉進行級配，其組成為粒徑為Ιμπι 3μπι的占30%，粒徑為5 μ m 15 μ m的占15%，粒徑為30 μ m 90 μ m的占55%。步驟三，按照上述&02-Α1203復合粉級配組成按質量比取97%，稀土元素添加劑按質量比取3%，共磨48h，然后加入混合物料總量10%的^O2-Al2O3凝膠作結合劑，等靜壓成型，105士5°C條件下干燥Mh，在1700°C 1720°C燒成，制得剛玉斜鋯石共析體含量^ 90%，使用壽命可達23小時的復合定徑水口內層。實施例2 本實施例和實施例1所不同的是步驟三中的^O2-Al2O3復合粉級配組成按質量比取90%，稀土元素添加劑10%，共磨24h ；其他步驟同實施例1，同樣制得剛玉斜鋯石共析體含量> 90%，使用壽命可達23小時的復合定徑水口內層。實施例3:本實施例和實施例1所不同的是步驟三中的^O2-Al2O3復合粉級配組成按質量比取95%，稀土元素添加劑5%，共磨36h ；其他步驟同實施例1，同樣制得剛玉斜鋯石共析體含量> 90%,使用壽命可達23小時的復合定徑水口內層。
權利要求
1.一種剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層的制備方法，其特征在于，按照下列步驟進行DZrO2-Al2O3復合粉制備取按重量百分比取 ZrOCl2. 8H20 Al (NO3) 3· 9H20 Y (NO3) 3 = 50 85 15 50 1 3，制備母液，母液濃度0. 5-2. OMol/L，加入物料總重量1. 2%的分散劑，NH4 (OH)正滴定，攪拌至PH = 7 10，制得凝膠；將凝膠陳化9h 16h，-0. 095MPa真空吸濾，去離子水洗滌至硝酸銀檢測不到Cl—為止；然后在500°C條件下反應池，溫度升至700°C，反應10h，反應完成后脫膠，制得^O2 =45 士 1 % 的 ZrO2-Al2O3 復合粉；2)按照質量比取不同平均粒徑級配組成的^O2-Al2O3復合粉90 % 97 %，稀土添加劑3% 10%，共磨24h 48h，然后加入物料總量5% 10%的&02-Α1203凝膠作結合劑，等靜壓成型，105士5°C條件下干燥Mh，在1700°C 1720°C溫度下燒結，制得剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口復合內層。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的不同平均粒徑的^O2-Al2O3復合粉級配是粒徑組成為Ιμ 3μπι的占30%，粒徑為5 μ m 15 μ m的占15%，粒徑為30 μ m 90 μ m 的占 55%。
全文摘要
本發明公開了一種剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口內層的制備方法，首先制備ZrO2-Al2O3復合粉；然后將ZrO2-Al2O3復合粉的粒徑進行級配，加入稀土添加劑，共磨24h～48h，然后加入物料總量5％～10％的ZrO2-Al2O3凝膠作結合劑，等靜壓成型，105±5℃條件下干燥24h，在1700℃～1720℃溫度下燒結，制得剛玉斜鋯石共析體復合定徑水口復合內層，其氧化鋯含量在ZrO2＝45±1％，ZrO2+Al2O3≥95％，剛玉斜鋯石共析體含量≥90％，體積密度為4.50～4.60g/cm3，冷態耐壓強度≥300Mpa。經申請人的試用結果表明，使用壽命可達23小時。
文檔編號C04B35/622GK102557690SQ201210003250
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者曹怡, 武志紅, 畢波, 田曉利, 薛群虎 申請人:西安建筑科技大學