CN115650739B

CN115650739B - 一种长寿命氧化锆定径水口及其制备方法

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Publication number: CN115650739B
Application number: CN202211107657.9A
Authority: CN
Inventors: 张小星; 李洪波; 李胜春; 魏振国; 李维锋; 李勇伟; 马四凯
Original assignee: Shanghai Xintaishan High Temperature Engineering Material Co ltd; Shanghai Lier Refractory Material Co ltd
Current assignee: Shanghai Xintaishan High Temperature Engineering Material Co ltd; Shanghai Lier Refractory Material Co ltd
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2024-07-09
Anticipated expiration: 2042-09-13
Also published as: CN115650739A

Abstract

本发明涉及耐火材料技术领域，尤其为其原料组份质量百分比为：氧化钇为2～2.5％，镁阿隆‑氮化硼为1.5～2.5％，纳米二氧化铈为0.5～0.7％，氧化锆晶须纤维为0.2～0.3％，纳米氧化镁为0.3～0.5％，PVA胶水为8～10％，余量为氧化锆粉，本发明通过设计将不同材料特别是纳米材料的选取及氧化锆纤维造粒添加技术，将有效的解决锆制品液相区不稳定、易于出现微裂纹的问题，可显著提高锆制品的使用寿命以及生产过程中质量控制的稳定性，同时采用氧化锆复合稳定技术，确保锆制品高强、增韧、超微孔结构和性能的稳定，避免内部出现贯通的网络结构，在明显增强抗热应力的同时提升了制品的体积密度，进而达到具有强度高，热震性好，使用寿命长的优点。

Description

一种长寿命氧化锆定径水口及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，具体为一种长寿命氧化锆定径水口及其制备方法。

背景技术

氧化锆定径水口在钢铁连铸生产上属于关键的功能耐火材料之一，其质量的高低直接影响到连续拉坯时间的长短，以及拉坯效率的高低。随着耐火材料行业技术的进步，中间包工作衬的使用寿命得到较大的提升，而定径水口已成为制约中间包使用寿命提升的重要制约瓶颈要素之一，因此，急需开发出一种长寿命的氧化锆定径水口以满足工艺的需求。

当前的氧化锆定径水口存在的主要问题是在使用时特别是在刚开始浇钢水的时候受到极大的热冲击，承受极大的温度变化，此时产生的瞬间热应力容易导致水口炸裂或裂纹的出现，造成使用寿命的急剧降低，因此如要提高氧化锆定径水口的使用寿命，需从提供材质的抗热震性和强度出发进行解决。

综上所述，本发明通过设计一种长寿命氧化锆定径水口及其制备方法来解决存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长寿命氧化锆定径水口及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种长寿命氧化锆定径水口，其原料组份质量百分比为：氧化钇为2～2.5％，镁阿隆-氮化硼为1.5～2.5％，纳米二氧化铈为0.5～0.7％，氧化锆晶须纤维为0.2～0.3％，纳米氧化镁为0.3～0.5％，PVA胶水为8～10％，余量为氧化锆粉。

作为本发明优选的方案，所述的定径水口原料组份中，氧化钇为2.2％，镁阿隆-氮化硼为2％，纳米二氧化铈为0.6％，氧化锆晶须纤维为0.2％，纳米氧化镁为0.4％，PVA胶水为9％，余量为氧化锆粉；

所述的氧化锆粉为电熔脱硅钇稳定氧化锆粉，ZrO₂+HfO₂+Y₂O₃≥99wt％；镁阿隆-氮化硼粒度为2000～5000目；纳米二氧化铈为球形，平均直径为200nm；氧化锆晶须纤维为针状，直径为2～4μm，长度为20～300μm，即氧化锆粉晶须纤维的直径小而长径比大，ZrO₂+HfO₂+Y₂O₃≥99.8wt％；纳米氧化镁平均粒径为20nm，近球形，比表面积>42m²/g，MgO含量为98wt％；PVA胶水中干基PVA的浓度为5wt％。

作为本发明优选的方案，所述的氧化钇的粒度特征参数D10为1.24μm，D50为4.49μm，D90为9.56μm，D(4,3)为5.11μm，D(3,2)为2.91μm，S.S.A为2.04sq.m/c.c.；所述的氧化锆粉的粒度特征参数D10为0.48μm，D25为0.68μm，D50为0.89μm，D75为1.12μm，D90为1.35μm，D(4,3)为0.90μm，D(3,2)为0.75μm，S.S.A为7.90sq.m/c.c.。

作为本发明优选的方案，所述的镁阿隆-氮化硼利用热压工艺合成，纳米二氧化铈、纳米氧化镁经过表面分散处理。

一种长寿命氧化锆定径水口的制备方法，其具体步骤如下：

步骤1，依重量百分比称取纳米二氧化铈、氧化锆晶须纤维、纳米氧化镁，混合后先进行低速搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为15min，之后进行高速搅拌，搅拌速度为3500r/min，搅拌时间为45min，形成预混料A；

步骤2，依重量百分比称取氧化钇、镁阿隆-氮化硼、氧化锆粉作为球磨物料，装入聚氨酯球磨罐，加入氧化锆质磨球共磨12h，形成预混料B，预混料B的混合均匀度变异系数小于2.5％；

步骤3，向预混料A中，加入一半预混料B，进行充分搅拌混合、碾压，再加入另一半预混料B，并进行充分搅拌混合、碾压，使各原料达到均匀混合状态，形成混合料C；

步骤4，将混合料C进行造粒，粒度范围为0～2mm，之后困料12h±2h；

步骤5，在液压机以300MPa压力下将造粒原料压制成定径水口素坯；

步骤6，将素坯自然干燥24小时后，置于110℃烘箱中干燥20±2h，再放入1710℃的电炉中烧结8h，制成定径水口；

步骤7，降温后，进行局部打磨、测试、包装，入库，进行销售。

作为本发明优选的方案，所述定径水口的制备方法，步骤2中在混合的同时进行超声波振动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过利用镁阿隆-氮化硼利用热压工艺合成，综合了镁阿隆和氮化硼的优点，能够有效增强氧化锆的断裂韧性、耐压强度和热震性能，尤其是在高温条件下的强度得到显著的提高，抗钢水侵蚀性能好且能减缓结瘤现象，并且采用氧化锆晶须纤维的直径小而长径比大，具有强度高、无蠕变、弹性模量高、耐侵蚀性能好的增强、增韧材料，在高温条件下具有优异的耐高温性和抗疲劳性，在方案中能够起到增强、增韧，提高抗热震性的作用，从而将不同材料特别是纳米材料的选取及氧化锆纤维造粒添加技术，将有效的解决锆制品液相区不稳定、易于出现微裂纹的问题，可显著提高锆制品的使用寿命以及生产过程中质量控制的稳定性，同时采用氧化锆复合稳定技术，确保锆制品高强、增韧、超微孔结构和性能的稳定，避免内部出现贯通的网络结构，在明显增强抗热应力的同时提升了制品的体积密度，进而达到具有强度高，热震性好，使用寿命长的优点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种技术方案：

所述的定径水口原料组份中，氧化钇为2.2％，镁阿隆-氮化硼为2％，纳米二氧化铈为0.6％，氧化锆晶须纤维为0.2％，纳米氧化镁为0.4％，PVA胶水为9％，余量为氧化锆粉；

所述的氧化锆粉为电熔脱硅钇稳定氧化锆粉，所述的氧化锆粉为电熔脱硅钇稳定氧化锆粉，ZrO₂+HfO₂+Y₂O₃≥99wt％；镁阿隆-氮化硼粒度为2000～5000目；纳米二氧化铈为球形，平均直径为200nm；氧化锆晶须纤维为针状，直径为2～4μm，长度为20～300μm，即氧化锆粉晶须纤维的直径小而长径比大，ZrO₂+HfO₂+Y₂O₃≥99.8wt％；纳米氧化镁平均粒径为20nm，近球形，比表面积>42m²/g，MgO含量为98wt％；PVA胶水中干基PVA的浓度为5wt％。

所述的氧化钇的粒度特征参数D10为1.24μm，D50为4.49μm，D90为9.56μm，D(4,3)为5.11μm，D(3,2)为2.91μm，S.S.A为2.04sq.m/c.c.；所述的氧化锆粉的粒度特征参数D10为0.48μm，D25为0.68μm，D50为0.89μm，D75为1.12μm，D90为1.35μm，D(4,3)为0.90μm，D(3,2)为0.75μm，S.S.A为7.90sq.m/c.c.。

一种长寿命氧化锆定径水口的制备方法，步骤为：

(1)依重量百分比称取纳米二氧化铈、氧化锆晶须纤维、纳米氧化镁，混合后先进行低速搅拌，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为15min，之后进行高速搅拌，搅拌速度为3500r/min，搅拌时间为45min，形成预混料A；

(2)依重量百分比称取氧化钇、镁阿隆-氮化硼、氧化锆粉作为球磨物料，装入聚氨酯球磨罐，加入氧化锆质磨球共磨12h，形成预混料B，预混料B的混合均匀度变异系数小于2.5％；

(3)向预混料A中，加入一半预混料B，进行充分搅拌混合、碾压，再加入另一半预混料B，并进行充分搅拌混合、碾压，使各原料达到均匀混合状态，形成混合料C；

(4)将混合料C进行造粒，粒度范围为0～2mm，之后困料12h±2h；

(5)在液压机以300MPa压力下将造粒原料压制成定径水口素坯；

(6)将素坯自然干燥24小时后，置于110℃烘箱中干燥20±2h，再放入1710℃的电炉中烧结8h，制成定径水口；

(7)降温后，进行局部打磨、测试、包装，入库，进行销售。

所述定径水口的制备方法，步骤(2)中，在混合的同时进行超声波振动。

本发明的镁阿隆-氮化硼利用热压工艺合成，综合了镁阿隆和氮化硼的优点，能够有效增强氧化锆的断裂韧性、耐压强度和热震性能，尤其是在高温条件下的强度得到显著的提高，抗钢水侵蚀性能好且能减缓结瘤现象。

氧化锆晶须纤维的直径小而长径比大，具有强度高、无蠕变、弹性模量高、耐侵蚀性能好的增强、增韧材料，在高温条件下具有优异的耐高温性和抗疲劳性，在本发明中能够起到增强、增韧，提高抗热震性的作用。

本发明选用的纳米二氧化铈、纳米氧化镁经过表面分散处理。

本发明中不同材料特别是纳米材料的选取及氧化锆纤维造粒添加技术，将有效的解决锆制品液相区不稳定、易于出现微裂纹的问题，可显著提高锆制品的使用寿命以及生产过程中质量控制的稳定性。同时采用氧化锆复合稳定技术，确保锆制品高强、增韧、超微孔结构和性能的稳定，避免内部出现贯通的网络结构，在明显增强抗热应力的同时提升了制品的体积密度。

本发明的氧化锆定径水口，合格产品检测指标范围为：耐压强度≥420MPa；热震次数≥25次，使用寿命≥15h。

具体实施例：

实施例1～6和对比例1～4的一种长寿命氧化锆定径水口，其原料组份质量分数见表1。

表1实施例1～6和对比例1～4的原料组成，wt％

一种长寿命氧化锆定径水口的制备方法，步骤为：

(4)将混合料C进行造粒，粒度范围为0～2mm，之后困料12h±2h；

(5)在液压机以300MPa压力下将造粒原料压制成定径水口素坯；

(7)降温后，进行局部打磨、测试、包装，入库，进行销售。

将实施例1～6和对比例1～4的一种长寿命氧化锆定径水口，耐压强度按照GB/T5072-2008耐火材料常温耐压强度试验方法进行测试，热震性按照YB/T 376.3-2004耐火制品热震性试验检测方法进行测试，使用寿命在生产现场使用时获得。

测试结果列于表2中。

表2实施例1～6和对比例1～4的测试结果

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种长寿命氧化锆定径水口，其特征在于，其原料组份质量百分比为：氧化钇为2～2.5%，镁阿隆-氮化硼为1.5～2.5%，纳米二氧化铈为0.5～0.7%，氧化锆晶须纤维为0.2～0.3%，纳米氧化镁为0.3～0.5%，PVA胶水为8～10%，余量为氧化锆粉；

所述的氧化锆粉为电熔脱硅钇稳定氧化锆粉，ZrO₂+HfO₂+Y₂O₃≥99wt%；镁阿隆-氮化硼粒度为2000～5000目；纳米二氧化铈为球形，平均直径为200nm；氧化锆晶须纤维为针状，直径为2～4μm，长度为20～300μm，即氧化锆粉晶须纤维的直径小而长径比大，ZrO₂+HfO₂+Y₂O₃≥99.8wt%；纳米氧化镁平均粒径为20nm，近球形，比表面积>42m²/g，MgO含量为98wt%；PVA胶水中干基PVA的浓度为5wt%。

2.根据权利要求1所述的一种长寿命氧化锆定径水口，其特征在于，所述的定径水口原料组份中，氧化钇为2.2%，镁阿隆-氮化硼为2%，纳米二氧化铈为0.6%，氧化锆晶须纤维为0.2%，纳米氧化镁为0.4%，PVA胶水为9%，余量为氧化锆粉。

3.根据权利要求1所述的一种长寿命氧化锆定径水口，其特征在于，所述的氧化钇的粒度特征参数D10为1.24μm，D50为4.49μm，D90为9.56μm，D（4,3）为5.11μm，D（3,2）为2.91μm，S.S.A为2.04sq.m/c.c.；所述的氧化锆粉的粒度特征参数D10为0.48μm，D25为0.68μm，D50为0.89μm，D75为1.12μm，D90为1.35μm，D（4,3）为0.90μm，D（3,2）为0.75μm，S.S.A为7.90sq.m/c.c.。

4.根据权利要求1所述的一种长寿命氧化锆定径水口，其特征在于，所述的镁阿隆-氮化硼利用热压工艺合成，纳米二氧化铈、纳米氧化镁经过表面分散处理。

5.根据权利要求1所述的一种长寿命氧化锆定径水口的制备方法，其具体步骤如下：

步骤2，依重量百分比称取氧化钇、镁阿隆-氮化硼、氧化锆粉作为球磨物料，装入聚氨酯球磨罐，加入氧化锆质磨球共磨12h，形成预混料B，预混料B的混合均匀度变异系数小于2.5%；

6.根据权利要求5所述的一种长寿命氧化锆定径水口的制备方法，其特征在于，所述步骤2中在混合的同时进行超声波振动。