氧化鈰微粉制備氧化鋯質(zhì)定徑水口的方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制備有關(guān)鋼鐵冶金工業(yè)中連續(xù)鑄造中間包用控制鋼水流量的裝置用功能耐火材料的一種成型坯料制備工藝，具體是氧化鈰微粉制備氧化鋯質(zhì)定徑水口的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]定徑水口是指安裝在連續(xù)鑄造中間包底部的一種高溫結(jié)構(gòu)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(jié)晶器，結(jié)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(jié)晶器水冷帶走的熱量有限，因而，單位時間內(nèi)流入結(jié)晶器的鋼液數(shù)量必須在一定范圍之內(nèi)。定徑水口的孔徑愈大，單位時間流入結(jié)晶器鋼液數(shù)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是由于鋼水流動過程中的熱與氧化鋯中的穩(wěn)定劑反應(yīng)，造成穩(wěn)定劑脫溶，進而引起氧化鋯失穩(wěn)，顆粒破例，強度大幅度降低，抗沖刷性能下降造成擴徑，使流入結(jié)晶器的鋼水凝固放出的熱量大于結(jié)晶器冷卻水所能帶走的熱量而退出使用。
[0003]目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的定徑水口從成型原料粒度上分，可以分為三類:第一類是粗顆粒型定徑水口。該種定徑水口的配方中原料的臨界粒度可達2_，顆粒與細粉的合理搭配使得其成型簡單。由于原料粒度大，燒成的制品收縮小、氣孔率高，熱震穩(wěn)定性好，使用中很少出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象。但這種定徑水口強度低、氣孔率高，使其在使用中抗沖刷和抗侵蝕性能不佳，使用壽命偏低。第二種是細顆粒型定徑水口。生產(chǎn)該種定徑水口所用原料粒徑均在50μπι以下。燒成后的制品質(zhì)地均勻、氣孔率低、強度高、抗沖刷和抗侵蝕性能較好，獲得了較廣泛的使用。缺點是熱震穩(wěn)定性不及粗顆粒型產(chǎn)品，在開澆瞬間可能發(fā)生炸裂而導(dǎo)致非正常停澆。第三種是陶瓷型定徑水口。該種定徑水口所用原料粒徑在5 μπι以下，成品氣孔率極低(<5%)，強度非常高，使用壽命長。但過細的原料給成型和燒成帶來了困難，成品率不及前二者高。同時陶瓷型制品熱震穩(wěn)定性非常差，使用前要經(jīng)過嚴格的烘烤制度，稍有不當會發(fā)生炸裂而導(dǎo)致停澆，目前在國內(nèi)處于研宄試用階段。
[0004]陶瓷型定徑水口生產(chǎn)過程中由于采用原料粒徑在5 μπι以下的微粉，產(chǎn)品壓制成型難度非常大。為了解決上述問題，目前陶瓷行業(yè)采用的普遍方法是干法制粉機械增濕造粒和濕法細磨制漿噴霧干燥造粒。干法制粉機械增濕造粒優(yōu)點是節(jié)能，但增濕造粒存在坯料顆粒形狀和流動性差、級配不合理等問題；濕法細磨制漿噴霧干燥造粒與干法制粉機械增濕造粒恰好相反，濕法細磨制漿噴霧干燥造粒制得的坯料顆粒形狀和流動性好、級配合理、壓制的坯體強度高，但占漿料三分之一的水分需要蒸發(fā)，蒸發(fā)后廢煙氣和水蒸氣排放量大，粉塵含量高，對環(huán)境污染影響較大，后續(xù)廢煙氣處理成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明解決了現(xiàn)有的氧化鋯質(zhì)定徑水口體積密度低、氣孔率高和產(chǎn)品壓制成型難度大的問題，同時還克服了干法制粉機械增濕造粒存在的坯料顆粒形狀和流動性差、級配不合理等問題。
[0006]為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0007]一種氧化鈰微粉制備氧化鋯質(zhì)定徑水口的方法，該方法包括將霧化的結(jié)合劑與懸浮于氣流中的粉料結(jié)合得到顆粒物，顆粒物再結(jié)合得到坯料，將得到的坯料在1690?1700°C下進行燒制得到氧化鋯質(zhì)定徑水口 ；
[0008]所述的粉料包括部分穩(wěn)定氧化鋯、單斜氧化鋯和氧化鈰微粉，部分穩(wěn)定氧化鋯、單斜氧化鋯和氧化鈰微粉的質(zhì)量比為(50?60): (40?50): (3?6);所述的結(jié)合劑為氧化鎂凝膠。
[0009]具體的，霧化的結(jié)合劑與懸浮于氣流中的粉料相對運動進行碰撞結(jié)合得到顆粒物。
[0010]更具體的，所述的顆粒物在懸浮狀態(tài)下碰撞再結(jié)合得到坯料。
[0011]具體的，所述的氧化鎂凝膠為將含鎂化合物溶液與分散劑通過溶膠凝膠法制備得到，含鎂化合物溶液的濃度為1.0?2.0mol/L，分散劑的用量為粉料質(zhì)量的1.2%，所述的分散劑為PEG。
[0012]更具體的，所述的部分穩(wěn)定氧化錯的化學(xué)組成為(wt% ):ZrO2= 95.02、HfO2 =
2.04、MgO = 2.61、CaO = 0.03、Al2O3= 0.03 和燒失量為 0.27，粒徑為 d95= 4.5-5.0 μπι ；單斜氧化鋯的化學(xué)組成為(wt % ):Zr02+Hf02> 98和S1 2< 0.3，單斜氧化鋯的粒徑為d 50=1.0?2.0 μ m，d95< 3.75 μ m ;氧化鐘微粉的化學(xué)組成為(wt% ):CeO > 99.9 ;氧化鐘微粉的粒度組成為:d50= 0.2?0.3 μ m，d 90< 1.8 μ m。
[0013]一種氧化鈰微粉制備氧化鋯質(zhì)定徑水口的設(shè)備，該設(shè)備包括:
[0014]霧化造粒單元，霧化造粒單元用于將霧化的結(jié)合劑與懸浮于氣流中的粉料結(jié)合得到顆粒物；
[0015]旋風(fēng)分離單元，旋風(fēng)分離單元用于將來自霧料混合單元的顆粒物再結(jié)合得到坯料；
[0016]負壓單元，負壓單元為物料混合單元和旋風(fēng)分離單元提供負壓環(huán)境；
[0017]負壓單元與旋風(fēng)單元連通，旋風(fēng)單元與霧化單元連通。
[0018]具體的，所述的霧化造粒單元包括混合筒，混合筒上設(shè)有將結(jié)合劑霧化的噴頭和輸送粉料的進料口。
[0019]更具體的，所述的旋風(fēng)分離單元包括旋風(fēng)筒和收集器，所述的旋風(fēng)筒包括筒體和芯管，芯管由頂部與筒體連通，筒體的側(cè)部設(shè)有入口，筒體的底部設(shè)有排料口，收集器與旋風(fēng)筒的排料口連通。
[0020]再具體的，入口高度a為140?160mm、入口寬度b為為230?250mm、筒體直徑隊為470?490mm、芯管直徑d e為為225mm、排料口直徑D 2為70?80謹、筒體高度h為為990?1100mm、總高度H為為2200?2300mm、芯管插入高度!^為230?250mm，筒體高度h:筒體直徑隊=2.0?2.1，錐體部分的高度為總高度H-筒體高度h，錐體部分的高度:筒體直徑De= 2.5?2.8。
[0021]同時，進料口的進料量為8?9kg/min ;噴頭的噴霧壓力為0.8?0.9Mpa，噴頭的流量為0.45?0.501/min。混合筒內(nèi)的負壓風(fēng)速為5.3?5.5m/s，旋風(fēng)筒內(nèi)的負壓風(fēng)速為
3.5 ?3.7m/s0
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點為:
[0023](I)本發(fā)明的氧化鋯質(zhì)定徑水口，通過粉料與霧化后的氧化鎂凝膠結(jié)合劑混合，再經(jīng)過懸浮態(tài)循環(huán)造粒工藝制得陶瓷型氧化鋯質(zhì)定徑水口坯料，坯料經(jīng)陳化、脫水后再成型，坯體于105±5°C條件下干燥24h，在1690?1700°C的電窯中保溫6個小時燒成，制得陶瓷型氧化鋯質(zhì)定徑水口，其體積密度比普通增濕造粒工藝提高4%?5%左右，燒結(jié)溫度降低20°C左右，成品氣孔率降低70%?80%，使用壽命可達32小時以上；
[0024](2)通過本發(fā)明方法制得的氧化鋯質(zhì)定徑水口與機械增濕造粒法產(chǎn)品相比，體積密度由5.30g/cm3提高至5.51g/cm3，成品氣孔率由4.83%降至1.2%，冷態(tài)耐壓強度彡lOOOMpa，使用壽命可達32小時以上；
[0025](3)通過本發(fā)明的設(shè)備，能很好的實現(xiàn)粉料與結(jié)合劑的懸浮造粒的過程的實現(xiàn)，且通過設(shè)計的旋風(fēng)筒的尺寸，能滿足本發(fā)明的方法所述的物料的旋風(fēng)分離。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的懸浮態(tài)循環(huán)造粒設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明旋風(fēng)筒的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明的陶瓷型氧化鋯質(zhì)定徑水口成型用坯料制備工藝流程圖；
[0029]圖中各標號表不為:1_壓力栗、2-進料口、3_喂'頭、4-旋風(fēng)筒、401_芯管、402-入口、403-筒體、404-排料口、5-收集器、6-風(fēng)機、7-混合筒；
[0030]a-入口高度、b-入口寬度、De-筒體直徑、de_芯管直徑、D2-排料口直徑、h_筒體高度、H-總高度、he-芯管插入高度；
[0031]以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
【具體實施方式】
[0032]細粉部分氧化鈰固溶于單斜氧化鋯，形成部分穩(wěn)定氧化鋯，細粉即基質(zhì)部分以四方氧化鋯為主，四方氧化鋯相變臨界尺寸大，相變增韌效果明顯。達到燒成溫度后，細粉中形成的四方穩(wěn)定氧化鋯數(shù)量達到最大值。冷卻過程中，從理論上講氧化鎂與單斜氧化鋯固溶形成的預(yù)穩(wěn)定立方氧化鋯，從最高燒成溫度降低到室溫，要經(jīng)歷從立方氧化鋯轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆窖趸喸俎D(zhuǎn)變?yōu)閱涡毖趸喌倪^程，但由于穩(wěn)定劑的存在和較快的冷卻速度，幾乎沒有四方相存在，實際上在1000 °c時，氧化鎂穩(wěn)定氧化鋯中立方相和四方相極易分離，且大量四方相失穩(wěn)，致使材料性能衰退。細粉中氧化鈰與單斜氧化鋯可以在較寬的溫度范圍內(nèi)形成以四方相為主的固溶體，增韌增強效果明顯。冷卻過程中發(fā)生相變，加入氧化鎂是部分立方相轉(zhuǎn)化為單斜相，相變增強增韌效果不明顯，加入氧化鈰是部分四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毖趸?，產(chǎn)生體積效應(yīng)，基質(zhì)部分產(chǎn)生可控制數(shù)量的微裂紋；微裂紋的存在有利于定徑水口韌性和熱震穩(wěn)定性的提高，可防止定徑水口出現(xiàn)開澆炸裂問題。氧化鈰的加入除作為穩(wěn)定劑起相變增韌作用以外，其另一個重要作用是起到燒結(jié)劑和瓷化劑作用，解決陶瓷型氧化鋯質(zhì)定徑水口燒成困難問題。在1690-1700°c燒成，成品氣孔率< 1.5%，冷態(tài)耐壓強度^ 100Mpao
[0033]采用溶膠-凝膠法制取的氧化鎂凝膠具有較強的粘結(jié)性，可以作為造粒、成型的結(jié)合劑。在本發(fā)明中氧化鎂是定徑水口中有益的主成分，用氧化鎂凝膠作結(jié)合劑和其他諸如纖維素、聚乙烯醇、聚丙烯建筑乳膠等相比，不存在有機成分碳要氧化去除過程，不會產(chǎn)生碳氧化產(chǎn)生的附加氣孔，會是定徑水口純度更加提高。
[0034]根據(jù)表面物理化學(xué)原理，由于微粉本身受表面張力作用會自發(fā)產(chǎn)生團聚現(xiàn)象。當微粉進入懸浮態(tài)循環(huán)造粒設(shè)備中時，在風(fēng)力作用下會充分的分散并與有一定粘性的凝膠溶液霧滴結(jié)合劑充分接觸，以霧滴或者大顆粒微粉為顆粒核心，進一步團聚成型。初次成型的顆粒粒度較小、強度較低，隨即進入特制旋風(fēng)筒內(nèi)，進入旋風(fēng)筒內(nèi)的物料沿著筒壁摩擦滾動受摩擦、物