CN102718511A - 半轻质高锆耐火材料 - Google Patents

Abstract

本发明是一种半轻质高锆耐火材料，其特征在于含有ZrO₂、SiO₂、Al₂O₃，各组分的重量百分含量如下：ZrO₂－70~80%，SiO₂－10~25%，Al₂O₃－1~10%，杂质－<1%，本发明同已有的技术相比，具有以下优点和特点:1、半轻质，具有较好的热稳定性，适应热修。2、较高氧化锆含量，有较好抗侵蚀性。3、含少量玻璃相，使用过程中工作面易形成“ASZ高粘度液相”釉，有阻于炉气化学入侵，延长寿命。4、有助于减少更换频次，降低对生产的影响，提升生产作业效率。

Description

半轻质高锆耐火材料

技术领域

本发明涉及一种半轻质高锆耐火材料，属于工业窑炉纯氧燃烧技术领域。

背景技术

随着工业窑炉纯氧燃烧技术推广，窑炉节能废气排放总量大幅下降。窑炉废气中配合料组份及玻璃液盐类挥发物质的浓度显著升高，纯氧燃烧器火焰喷出口产生负压与窑炉空间气氛生成气旋，不断冲刷耐火材料表面。普通铝锆系列耐火材料制品成分中因含ZrO₂量低，抗硼、氟侵蚀能力弱，加上Na₂O的存在及部分SiO₂与玻璃配合料组份钙、镁生成低熔点共融物流失，导致喷枪砖侵蚀速度加快，使用寿命很短。而且喷枪砖侵蚀后火焰燃烧状态发生改变，对周围窑炉胸墙造成烧损，严重的情况下必须更换喷枪砖及部分胸墙墙体。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种满足使用工艺上和性价比上的要求,且具有优良的耐热振性、抗侵蚀性能的半轻质高锆耐火材料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是该半轻质高锆耐火材料含有ZrO₂、SiO₂、Al₂O₃，各组分的重量百分含量和所述半轻质高锆耐火材料的物理参数如下：

ZrO₂                     70~80%

SiO₂                     10~25%

Al₂O₃                     1~10%

杂质                         <1%  

体积密度（g /cm³）       3.0~3.5

显气孔率（%）             29~34

耐压强度（MPa）          ≥35。

本发明所述耐火材料的负重软化温度为≥1700度，长期使用温度1600~1650度。

本发明的耐火材料以ZrO₂-Al₂O₃-SiO₂ 三元素为基础，ZrO₂引入比例提升可以明显提高材料的抗酸性碱性熔渣的侵蚀性能，SiO₂引入作为材料粘结剂使用，可以提升材料成型及改善烧成性能，提高成品率。Al₂O₃引入主要固相反应减少硅挥发及游离，同时增加液相的粘度减缓流失。

本发明提高了氧化锆的比例，而且氧化锆以稳定锆的形式引入，有效控制材料晶型转变率，明显提高热振性。同时氧化锆比例的提高使材料抗侵蚀能力显著获得提升。

本发明硅铝部分作为粘结剂引入，主要以复合相的形式引入，减少了单质硅的游离及挥发，使材料的热态结构保持稳定。

本发明引入的硅铝比例适当进行调整，可以获得一些使用性能上的改善。

作为优选，本发明含有ZrO₂、SiO₂ 、Al₂O₃，各组分的重量百分含量和所述半轻质高锆耐火材料的物理参数如下：

ZrO₂                     75~78%

SiO₂                     15~17%

Al₂O₃                      5~7%

杂质                         <1%

体积密度（g /cm³）       3.1~3.3

显气孔率（%）             30~33

耐压强度（MPa）          ≥35。

作为更优选，本发明含有ZrO₂、SiO₂、Al₂O₃，各组分的重量百分含量和所述半轻质高锆耐火材料的物理参数如下：

ZrO₂                     75~78%

SiO₂                     15~17%

Al₂O₃                      5~7%

杂质                         <1%

体积密度（g /cm³）        3.2

显气孔率（%）             30~33

耐压强度（MPa）          35~45。 

本发明所述半轻质高锆耐火材料的制造方法，包括以下步骤：

a、SiO₂、Al₂O₃以莫来石相形式引入，ZrO₂部分以硅酸锆形式引入，部分以ZrO₂形式引入，进行调配；

b、经过“振动模”或“泥浆浇注”工艺获得胚体；

c、胚体存放在恒温干燥箱内烘干水分，干燥胚体水分控制在0.05%以下；

d、干燥胚体装入高温“梭式窑”后燃烧器点火升温，900度以下升温速率10度/小时，900度～1650度升温速率15度/小时；1650度保温2小时后开始退火降温，900度以上退火降温速率30度/小时，900度以下15度/小时，300度以下直接关停燃烧器自然降温。

本发明所述燃烧器采用液化石油气或天然气混空气燃烧，通过调整燃气流量及空混比例控制升温。

本发明同已有的技术相比，具有以下优点和特点:1、半轻质，具有较好的热稳定性，适应热修。2、较高氧化锆含量，有较好抗侵蚀性。3、含少量玻璃相，使用过程中工作面易形成“ASZ高粘度液相”釉，有阻于炉气化学入侵，延长寿命。4、有助于减少更换频次，降低对生产的影响，提升生产作业效率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。其中实施例组分总含量略小于100%，可以理解为残余量是微量杂质或不能分析出的少量组分。

实施例：ZrO₂制备方法：ZrO₂制备通过自然界矿物原料锆沙、锆英石、斜锆石等矿物，通过高温电解提纯，获得纯度较高的ZrO₂原料。如锆英石在2000度条件下，氧化锆与石英完全分离，从而获得高纯度氧化锆原料。

SiO₂制备方法：SiO₂制备相对简单，自然界含硅量较高的矿物原料很多，如：石英石、水晶、硅砂、砂岩等，砂岩纯度高，破碎成颗粒直接可以引入单质硅。

Al₂O₃制备方法：Al₂O₃制备通过自然界矿物原料高岭土、铝矾土等含铝较高矿物原料，通过高温或化学提纯工艺，获得纯度较高的原料。如煤系高岭土经煅烧工艺，将碳分解后获得白色洁净度较高的Al₂O₃的原料。

耐火材料主要以复合相形式存在，因此制备耐火材料必须考虑各氧化物以复合相形式引入，增加抗侵蚀的性能。例如：硅、锆在高温条件下缓慢生成硅酸锆，硅铝在1250度温度条件下生成莫来石晶相。

本发明中主要原料为氧化锆以及铝、硅、锆复合相形式，所述半轻质高锆耐火材料的制造方法包括以下步骤：

a、SiO₂、Al₂O₃以莫来石相形式引入，ZrO₂部分以硅酸锆形式引入，部分以ZrO₂形式引入，进行调配；

b、经过“振动模”或“泥浆浇注”工艺获得胚体；

c、胚体存放在恒温干燥箱内烘干水分，干燥胚体水分控制在0.05%以下；

d、干燥胚体装入高温“梭式窑”后燃烧器点火升温，900度以下升温速率10度/小时，900度～1650度升温速率15度/小时；1650度保温2小时后开始退火降温，900度以上退火降温速率30度/小时，900度以下15度/小时，300度以下直接关停燃烧器自然降温。

本发明所述燃烧器采用液化石油气或天然气混空气燃烧，通过调整燃气流量及空混比例控制升温。

本发明耐火材料主相成分中硅铝引入比例适当调整，可以获得一些使用性能上的改善。

表1 至表2中列出了本发明的8个实施例和对比例，其中An代表实施例，Bn代表对比例。表中耐火材料各组分的含量以重量百分比表示。为了说明本发明半轻质高锆耐火材料的优点，表中给出了4个参数：体积密度（g /cm3），显气孔率（%），耐压强度（MPa），使用寿命（月），上述的参数及其测定方法是本技术领域的技术人员所熟知的。

表1：

编号	B1	B2	B3	A1
					ZrO2（%）	30.8	95	65	78
SiO2（%）	14	2	35	15
					Al2O3（%）	43	2	\	7
Fe2O3+ TiO2（%）	3	\	\	\
					Na2O（%）	9	\	\	\
体积密度（g /cm3）	3.0	2.8	3.85	3.2
					显气孔率（%）	32	38	18	32
耐压强度（MPa）	≥35	≥25	≥100	≥35
					使用寿命（月）	3	24	无法热态更换	25

    表2：

编号	A2	A3	A4	A5
					ZrO2（%）	70	75	80	72
SiO2（%）	23	15	17	20
					Al2O3（%）	7	10	3	8
Fe2O3+ TiO2（%）	\	\	\	\
					Na2O（%）	\	\	\	\
体积密度（g /cm3）	3.0	2.8	3.85	3.2
					显气孔率（%）	32	38	18	32
耐压强度（MPa）	≥35	≥35	≥35	≥35
					使用寿命（月）	12	25	18	24

对比表1：对比例B1是用AZS铝锆制品，含锆量较低，Na₂O含量较高热态使用抗侵蚀能力弱，寿命短。对比例B2是用进口“1195”纯锆制品，价格很高。对比例B3是用锆英石制品，体积密度高，不适应热态更换。实施例A1含ZrO₂接近纯锆制品，使用的性能完全满足工艺要求，性价比显著高于进口纯锆制品。对比表2：实施例A2由于液相析出较多影响制品高温使用的稳定性，使用周期较短。实施例A4尽管含锆量高于其它实施例，但液相析出物粘度很低流失较快同样影响制品的使用稳定性。实施例A3和实施例A5主相成分相对接近，液相析出量和析出物粘度比实施例A2和实施例A4理想，使用效果稳定使用周期达到24个月以上。

本发明的关键点主要有两个：1、氧化锆比例的提升，而且氧化锆以稳定锆的形式引入，有效控制材料晶型转变率，明显提高热振性。同时氧化锆比例的提高材料抗侵蚀能力显著获得提升。2、硅铝部分作为粘结剂的引入，主要以复合相的形式引入减少单质硅的游离及挥发，材料的热态结构保持稳定。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其配方、工艺所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种半轻质高锆耐火材料，其特征在于含有ZrO₂、SiO₂ 、Al₂O₃，各组分的重量百分含量如下：

ZrO₂                     70~80%

SiO₂                     10~25%

Al₂O₃                     1~10%

杂质                        <1%。

2.根据权利要求1 所述的半轻质高锆耐火材料，其特征在于含有ZrO₂、SiO₂ 、Al₂O₃，各组分的重量百分含量如下：

ZrO₂                     75~78%

SiO₂                     15~17%

Al₂O₃                      5~7%

杂质                        <1%。

3.一种权利要求1或2所述半轻质高锆耐火材料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

a、SiO₂、Al₂O₃以莫来石相形式引入，ZrO₂部分以硅酸锆形式引入，部分以ZrO₂形式引入，进行调配；

b、经过“振动模”或“泥浆浇注”工艺获得胚体；

c、胚体存放在恒温干燥箱内烘干水分，干燥胚体水分控制在0.05%以下；

d、干燥胚体装入高温“梭式窑”后燃烧器点火升温，900度以下升温速率10度/小时，900度～1650度升温速率15度/小时；1650度保温2小时后开始退火降温，900度以上退火降温速率30度/小时，900度以下15度/小时，300度以下直接关停燃烧器自然降温。