一种掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料及其制备方法与流程

本发明属于耐火材料，具体涉及一种掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料及其制备方法。

背景技术：

1、传统耐火材料是以天然矿石（如耐火黏土、硅石、白云石等）为原料制造的，随着技术进步，耐火材料制造时，采取工业原料和人工合成原料的也日益增多，因此，市面上耐火材料种类较多，如氧化硅质、硅酸铝质、白云石质、尖晶石质、含碳质、含锆质及特殊耐火材料。近年来，含锆耐火材料已发展成为非常重要的特种耐火材料。

2、铝锆耐火材料被广泛应用于连铸用功能耐火材料器件的制备，如金属冶炼炉。在熔分炉熔融过程中，熔池部位需要频繁接收新投入的物料，溶液温度波动范围也很大熔池上部溶液为酸性的高硅溶液，下部为富铁残渣，同时含有大量的氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠等，即碱性成分。因此，要求池壁的炉衬材料既要具有优异的耐酸侵蚀性能、又要具有优异的耐碱侵蚀性能。公开号为cn107311624a的中国专利申请文件公开了一种抗侵蚀喷补料，将粘土、玻璃纤维、石英石混磨过筛，得混合粉末，随后将丙烯酸与氢氧化钠溶液混合后与混合粉末、十二烷基苯磺酸钠搅拌得乳化混合液，并将乳化混合液与吐温-80、过硫酸铵等反应，制得粘结剂，再将石墨、氧化铝和稻壳粉碎过筛后煅烧，制得煅烧物，将其与硼化锆、铝镁尖晶石球磨过筛后与镁砂、高铝矾土、粘结剂等充分搅拌均匀，即可得抗侵蚀喷补料。此法制得的喷补料使用时具有良好的高温强度、良好的体积稳定性能及优异的抗侵蚀能力，是耐火部件热态修补的理想材料，但是其并不具备同时耐酸侵蚀又耐碱侵蚀的性能。

3、此外，在金属冶炼过程中，传统的铝电解槽用耐火材料在高温下会被槽中的液态或蒸汽态的电解液渗透侵蚀，导致耐火材料结构被破坏，如何提高耐火材料的抗渗透性能也是制约耐火材料发展的技术难题。公开号为cn107352978a的中国专利申请文件公开了一种高强防渗砖及其制备工艺，其配方中包括颗粒直径3mm≤d＜5mm的特级高铝矾土熟料、颗粒直径1mm≤d＜3mm的特级高铝矾土熟料、颗粒直径1mm≤d＜3mm的电熔镁砂、颗粒直径0.1mm≤d＜1mm的电熔镁砂、颗粒直径0.1mm≤d＜1mm的含锆大于等于65%锆精矿粉、铬精矿、广西粘土：苏州高岭土为1：1的复合粘土、电熔镁铝尖晶石粉、电熔镁砂粉、红柱石微粉。各组分经混料、成坯砖后，送入干燥烘房内干燥，直到砖坯残余水份≤1%；高温隧道窑烧成，以天然气作燃料，温度控制在1500-1600°c；使得高强防渗砖具有良好的热震稳定性，防渗抗侵蚀能力强，使用寿命长。

技术实现思路

1、为了解决相关技术中存在的抗渗透性能差、抗侵蚀性能差的技术难题，本发明的目的为提供一种掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、一种掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料，包括以下组分及其重量份数：氧化锆20-30份、板状刚玉30-50份、添加剂5-10份、结合剂3-8份；所述添加剂由氧化钛、氧化钐按照质量比为14-17:3-6组成。

4、本发明中采用氧化锆和板状刚玉为主要原料制备得到耐火材料，氧化铝的晶体结构致密，因此不易受到氧化和腐蚀等影响，在高温下，氧化铝陶瓷具有高热稳定性和热冲击强度，能够承受高温气体流动的侵蚀。单斜相氧化锆在1000℃-1200℃会发生相变，转变为四方相氧化锆，导致体积收缩，在温度降低后，四方相氧化锆会转变回单斜相氧化锆，导致体积膨胀，引起微裂纹的产生，对耐火材料有微裂纹增韧的效果同时提高了材料的抗热震性能，但材料的抗渗透性能和抗侵蚀性能会变差。四方相氧化锆在温度超过2370℃时会转变为立方相氧化锆，立方相氧化锆不会因温度的降低而改变晶格，但是耐火材料在制备过程中的烧结温度并不能达到2370℃，因而，本发明通过添加剂的加入，将氧化锆的晶型稳定或部分稳定在四方相，使其不发生剧烈的体积变化，降低耐火材料内部微裂纹的产生，从而提高抗渗透性能和抗侵蚀性能。氧化钛和氧化铝在烧结过程中能够形成钛酸铝，具有低热膨胀系数，热震稳定性好，但是钛酸铝会在1200℃时发生分解，且钛酸铝晶体在冷却时，容易在材料内部形成微裂纹，影响材料的机械强度；发明人经过研究发现氧化钐可以在晶体内部起到钉扎作用，可以大量减少钛酸铝晶体冷却时出现的微裂纹，提高耐火材料的体积密度，从而提高抗渗透性和抗侵蚀性能。此外，氧化钐的加入还可以与氧化锆在高温下形成固溶体，避免氧化锆晶型转变引起微裂纹的产生。

5、进一步的，掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料中所述添加剂的粒径为150-200nm。

6、进一步的，掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料中所述结合剂为磷酸铵、磷酸二氢铝、三聚磷酸钠中的一种。

7、进一步的，掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料包括以下组分及其重量份数：氧化锆27份、板状刚玉43份、添加剂8份、结合剂6份；所述添加剂由氧化钛、氧化钐按照质量比为16:5组成。

8、进一步的，所述掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料还包括复合耐火涂层组分，所述复合耐火涂层组分包括以下组分及其重量份数：纳米氧化铝20-30份、十二烷基苯磺酸钠5-10份、硅酸钠3-6份、水40-50份。

9、本发明中采用纳米氧化铝通过真空浸渍的方法在掺钛抗蚀铝锆耐火材料表面形成氧化铝纳米前驱体，在耐火材料表面形成微气孔结构，使侵蚀介质难以通过耐火材料的气孔进行渗透，有效阻断侵蚀介质的进入；此外，纳米氧化铝在掺钛抗蚀铝锆耐火材料表面形成一层纳米涂层，防止侵蚀介质润湿耐火材料，有效减少了侵蚀介质对耐火材料的渗透，从而提高耐火材料的抗渗透性和抗侵蚀性。

10、更进一步的，所述纳米氧化铝的粒径为200-300nm。

11、本发明还提供了所述掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料的制备方法，包括以下步骤：

12、s1：将氧化锆和板状刚玉分别进行研磨、过筛，分别得到氧化锆粉和板状刚玉粉；

13、s2：将步骤s1制得的氧化锆粉和板状刚玉粉混合均匀，混碾，加入添加剂，混合均匀后喷入结合剂的水溶液，混碾，得到胚泥料；

14、s3：将步骤s2制得的胚泥料压制成型，得到砖粗胚，干燥，升温，烧结，冷却，得到耐火砖；

15、s4：将复合耐火涂层组分中的各组分混合均匀，加入步骤s3制得的耐火砖，抽真空，升温反应，冷却后取出耐火砖，升温，烧结，冷却，得到掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料。

16、进一步的，掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料的制备方法步骤s1中所述过筛为过200目筛。

17、进一步的，掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料的制备方法步骤s2中所述结合剂的水溶液的质量百分数为23-27%。

18、进一步的，掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料的制备方法步骤s3中所述干燥温度为80-90℃，升温速率为20-30℃/h，烧结温度为1700-1850℃，烧结时间为24-28h，冷却速率为40-60℃/h。

19、进一步的，掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料的制备方法步骤s4中所述升温反应的温度为120-130℃，反应时间为2-3h；升温速率为40-50℃/h，烧结温度为1000-1300℃，烧结时间为1-1.5h，冷却速率为30-40℃/h。

20、与现有技术相比，本发明提供的掺钛防渗抗蚀铝锆耐火材料及其制备方法具有如下技术优势：

21、（1）本发明中采用氧化锆和板状刚玉为主要原料制备得到耐火材料，氧化铝的晶体结构致密，不易受到氧化和腐蚀等影响，在高温下，氧化铝陶瓷具有高热稳定性和热冲击强度，能够承受高温气体流动的侵蚀；

22、（2）本发明中通过添加剂的加入，将氧化锆的晶型稳定或部分稳定在四方相，使其不发生剧烈的体积变化，降低耐火材料内部微裂纹的产生，从而提高抗渗透性能和抗侵蚀性能。

23、（3）本发明中采用纳米氧化铝通过真空浸渍的方法在掺钛抗蚀铝锆耐火材料表面形成氧化铝纳米前驱体，在耐火材料表面形成微气孔结构的纳米涂层，使侵蚀介质难以通过耐火材料的气孔进行润湿和渗透，从而提高耐火材料的抗渗透性和抗侵蚀性。