一种熔铸耐火制品制备方法及其制备的产品与流程

1.本发明涉及耐火材料领域，尤其涉及一种熔铸耐火制品制备方法及其制备的产品。高锆砖及其玻璃相与高纯度玻璃的生产有直接关系，疫苗瓶不过关就是因为玻璃熔窑壁渗出的玻璃体进入玻璃中形成杂质，导致生产的疫苗瓶不过关，高纯氧化锆耐火制品的质量直接关系到疫苗瓶的质量，提高高纯氧化锆耐火制品的质量甚为迫切。


背景技术：

2.熔铸莫来石耐火制品由于耐火度高、耐磨主要用于耐磨、耐高温的部位，如冶金推钢式加热炉的滑轨砖或步进式加热炉的出钢平台（出钢槽）以及垃圾焚烧炉的内衬等，应用广泛，但是莫来石砖中由于玻璃相的生成，用于作为玻璃窑时，容易出现高温下玻璃相融化，容易造成玻璃相成分渗出到玻璃熔窑内，从而污染玻璃窑中的产品。
3.高锆砖及其玻璃相与高纯度玻璃的生产有直接关系，疫苗瓶不过关就是因为玻璃熔窑壁渗出的玻璃体进入玻璃中形成杂质，导致生产的疫苗瓶不过关，高纯氧化锆耐火制品的质量直接关系到疫苗瓶的质量，提高高纯氧化锆耐火制品的质量甚为迫切。
4.以氧化锆(zro2)为主成分的耐火材料对熔融玻璃呈现出优异的耐腐蚀性，因此广泛用于与玻璃熔融窑的熔融玻璃接触的内壁部分。但是，其组织基本由zro2结晶(斜锆石)构成的高氧化锆质铸造耐火材料在1100℃附近发生zro2结晶中特有的从单斜晶向正方晶的结晶转变，伴随着该结晶转变而产生异常的体积膨胀和收缩，特别是实际使用的大尺寸耐火材料存在容易发生开裂的问题。制造含有90质量％左右或以上的zro2的耐火材料的方法，已知有以下方法：在以埋入zro2结晶之间的sio2为主成分的玻璃相(以下称为基体玻璃)中加入使玻璃软化的成分后调整其粘性，在zro2结晶发生结晶转变的温度范围内，用较软的基体玻璃吸收因zro2结晶的膨胀和收缩而引起的变形。但是由于形成玻璃相，在作为玻璃熔融窑使用时，容易造成玻璃相成分渗出到玻璃熔融窑内，从而污染产品。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种熔铸耐火制品的制备方法及其制备的产品，能够使得玻璃相相对集中分布，不成网状，阻隔莫来石相或者氧化锆立方相或四方相的分布，提高莫来石耐火制品的性能或者氧化锆耐火制品的性能。
6.本发明的目的是以下述方式实现的：一种熔铸耐火制品制备方法，包括以下步骤，将制备耐火制品的原料混匀，然后加入电熔炉或三相电炉进行加热至2100～2200℃进行熔融，熔融过程中进行搅拌，熔融完成后，将熔化好的料液注入放置在保温箱的耐火制品模型型腔中，注入完成后，上部覆盖保温材料进行保温，然后进行自然冷却，冷却到1750℃—1680℃时，开始对保温箱模型进行上下振动，一直到温度降至1200℃，振幅为3mm—10mm，振动频率为30 hz—50hz，然后继续保温至室温或30℃以下；制备耐火制品的原料中至少一种原料的成分含有氧化钠。
7.冷却到1710℃时，开始对保温箱进行上下振动，振幅为5mm—8mm，振动频率为
40hz—45hz。
8.将冷却完成的从保温箱中取出的产品进行切断、研磨、钻孔等冷加工处理，最终得到耐火制品成品。
9.耐火制品为氧化锆耐火制品；制备氧化锆耐火制品的原料中：氧化锆含量之和为87%-95%，氧化硅含量之和为3%-11%，na2o al2o3 tio2 fe2o3 k2o≤2%。
10.对于耐火制品为氧化锆耐火制品，还包括以下步骤，对制得的熔铸氧化锆耐火制品一面喷或者浸渍溶液a，使得溶液a浸润未浸渍溶液a的熔铸氧化锆产品，然后对玻璃熔融窑先升温到100-200摄氏度加热1-2h，然后升温到500-700摄氏度，进行煅烧，煅烧时间为6-8个小时，得到作为熔铸氧化锆耐火制品；溶液a包含锆盐，溶液a为下述溶液：把硅酸乙酯溶于有机溶剂和水中；加入硝酸锆、碳酸锆、碳酸锆铵或醋酸锆，溶解，搅拌均匀，有机溶剂和水的体积比为3:80-95，si与锆的摩尔比为(5-10):(90-95)；在搅拌条件下加入硝酸，调节ph到5-6，得到溶液a；其中硅酸乙酯溶于有机溶剂和水后得到的溶液浓度为0.001-0.05mol/l。
11.上述方法制备的熔铸耐火制品。
12.相对于现有技术，本发明提供的熔铸耐火制品的制备方法，制备的熔铸莫来石耐火制品软化温度提高到1750℃以上，原因可能是在形成部分莫来石晶体时，此时要形成玻璃相的物质仍然为液体，通过振动，使得形成玻璃相的液体聚集，从而使得玻璃相相对集中分布，不成网状，阻隔莫来石相的分布。
13.制备的熔铸氧化锆耐火制品能够使得玻璃相相对集中分布，不成网状，阻隔者氧化锆耐火制品中立方相或四方相的分布，从而提高耐火制品的软化温度，降低降低熔铸氧化锆产品中玻璃相的渗出。
具体实施方式
14.一种熔铸耐火制品制备方法，包括以下步骤，将制备耐火制品的原料混匀，然后加入电熔炉或三相电炉进行加热至2100～2200℃进行熔融，熔融过程中进行搅拌，熔融完成后，将熔化好的料液注入放置在保温箱的耐火制品模型型腔中，注入完成后，上部覆盖保温材料进行保温，然后进行自然冷却，冷却到1750℃—1680℃时，开始对保温箱模型进行上下振动，一直到温度降至1200℃，振幅为3mm—10mm，振动频率为30 hz—50hz，然后继续保温至室温或30℃以下；制备耐火制品的原料中至少一种原料的成分含有氧化钠。
15.冷却到1710℃时，开始对保温箱进行上下振动，振幅为5mm—8mm，振动频率为40hz—45hz。
16.将冷却完成的从保温箱中取出的产品进行切断、研磨、钻孔等冷加工处理，最终得到耐火制品成品。
17.耐火制品为氧化锆耐火制品；制备氧化锆耐火制品的原料中：氧化锆含量之和为为87%-95%，氧化硅含量之和为3%-11%，na2o al2o3 tio2 fe2o3 k2o≤2%。
18.对于耐火制品为氧化锆耐火制品，还包括以下步骤，对制得的熔铸氧化锆耐火制品一面喷或者浸渍溶液a，使得溶液a浸润未浸渍溶液a的熔铸氧化锆产品，然后对玻璃熔融窑先升温到100-200摄氏度加热1-2h，然后升温到500-700摄氏度，进行煅烧，煅烧时间为6-8个小时，得到作为熔铸氧化锆耐火制品；溶液a包含锆盐，溶液a为下述溶液：把硅酸乙酯溶
于有机溶剂和水中；加入硝酸锆、碳酸锆、碳酸锆铵或醋酸锆，溶解，搅拌均匀，有机溶剂和水的体积比为3:80-95，si与锆的摩尔比为(5-10):(90-95)；在搅拌条件下加入硝酸，调节ph到5-6，得到溶液a；其中硅酸乙酯溶于有机溶剂和水后得到的溶液浓度为0.001-0.05mol/l。
19.上述方法制备的熔铸耐火制品。
20.（一）熔铸莫来石耐火制品的生产工艺流程：设计，模型，配料，熔融，组型，浇铸，保温，取出，加工。
21.（1）设计：熔铸莫来石模型的设计。
22.（2）模型：熔铸莫来石模型的制作。
23.（3）配料：按重量份配比要求称取所需原料氧化铝、氧化硅、氧化钠、氧化铁；氧化铝、氧化硅、氧化钠、氧化铁原料为莫来石耐火制品的常规用料，精确称量，均匀搅拌；（4）熔融：将上述原料充分搅拌混合，放入三相电炉进行加热至2100～2200℃进行熔融；（5）组型：把制作好的莫来石模型放入保温箱中，四周填充保温氧化铝。
24.（6）浇铸：将熔化好的料液铸入组好的莫来石模型中，上部覆盖保温氧化铝。
25.（7）保温：将保温箱集中放置，自然冷却；（8）取出：保温一定天数后，把浇铸好的莫来石从保温箱中取出，得到半成品，准备后续加工；（9）加工：将冷却至室温的莫来石半成品进行切断、研磨、钻孔等冷加工处理，最终得到莫来石成品。
26.（二）熔铸氧化锆耐火制品的生产工艺流程未浸渍溶液a前的熔铸氧化锆产品的生产工艺流程:设计，模型，配料，熔融，组型，浇铸，保温，取出，加工。未浸渍溶液a前的熔铸氧化锆产品可以为熔铸高锆砖。
27.（1）设计：熔铸高锆砖模型的设计。
28.（2）模型：熔铸高锆砖模型的制作。
29.（3）配料：按氧化锆 氧化铪、氧化硅、氧化钠重量份配比要求称取所需原料，精确称量，均匀搅拌；上述原料来源可以为符合要求的一种、两种、三种、四种原料组成，原料可以为：（a）脱硅锆产地：安徽蚌埠中恒专业从事氧化锆系列产品的研发和生产，选用澳大利亚高品质原矿锆英砂作为原料的。该产品具有品位高、质量优、化学组成及粒子分布稳定和均匀的特征，可满足陶瓷、电子、航天、钢铁、耐火材料等行业的各类工艺要求。其中按重量百分比计，氧化锆≥98.90%。
30.（b）锆英砂产地：澳大利亚澳大利亚的iluka公司是世界上最大的锆英砂生产商，占据全球锆金属产量的32%，约35.2万吨。其中按重量百分比计，氧化硅≥32.64%，氧化锆≥66.48%。
31.（c）碱粉：湖北双环；按重量百分比计，氧化钠≥54%。
32.（d）高锆砖熟料：来自于河南省瑞泰科实业集团有限公司生产的废料；按重量百分
hfo2为5.0%（检测依据或说明gb/t 4984-2007），fe2o
3 2.0%（检测依据或说明iso 21587-2007），tio2 cao mgo na2o k2o≤2.0%，所有莫来石成品b的性能平均值：体积密度（致密部分）3.22g/cm3（检测依据或说明gb/t 2997-2015），常温抗折强度140mpa，抗折强度（1350℃）100mpa，热线膨胀率（1300℃）0.9%；荷重软化开始温度（0.2mpa）为≥1650℃。
44.另外横切各莫来石成品，横切方向与莫来石成品的振动方向垂直，即振动方向与莫来石成品高度方向一致，从上到下进行横切，间隔高度为5cm，横切后观察切面：莫来石成品a的切面上有些能观察到玻璃相的存在，大部分不能观察到玻璃相的存在，玻璃相存在时，一团一团聚集分布，不成网状；莫来石成品b切面方向玻璃相成网状进行分布，网状玻璃相分割连续的莫来石相。
45.实施例2按照上述相应工艺流程处理得到的同一配方，同一原料的同一批莫来石原料熔融液，按下述方法进行保温处理：熔融完成后，将熔化好的料液分别注入10个分别放置于保温箱中的莫来石模型型腔中，莫来石模型四周填充保温氧化铝，注入料液完成后，上部覆盖保温氧化铝，然后进行自然冷却。其中5个保温箱放置于振动设备上，冷却到1680℃时，开始对保温箱进行上下振动，一直到温度降至1200℃，振幅为10mm，振动频率为30hz，然后继续保温至室温或30℃以下，将冷却完成的从保温箱中取出的产品分别按常规处理：如进行研磨等处理，最终得到用于玻璃窑的莫来石成品c。
46.另外5个保温箱正常自然冷却；将冷却完成的从保温箱中取出的产品分别按常规处理：如进行研磨等处理，最终得到玻璃窑的莫来石成品d。
47.温度测量设备与实施例1相同。
48.对莫来石成品进行检测：对于莫来石成品c：按重量百分比计，所有莫来石成品c的平均值为：sio
2 16.8 %，（检测依据或说明gb/t 6900-2016），al2o
3 77.9%（检测依据或说明gb/t 6900-2016），zro2 hfo2为1.0%（检测依据或说明gb/t 4984-2007），fe2o
3 2.2%（检测依据或说明iso 21587-2007），tio2 cao mgo na2o k2o≤2.1%，所有莫来石成品c的性能平均值：体积密度（致密部分）3.22g/cm3（检测依据或说明gb/t 2997-2015），常温抗折强度100mpa，抗折强度（1350℃）65mpa，热线膨胀率（1150℃）0.57%；荷重软化开始温度（0.2mpa）为≥1750℃。
49.对于莫来石成品d：按重量百分比计，所有莫来石成品d的平均值为：sio
2 17.0 %（检测依据或说明gb/t 6900-2016），al2o
3 % 77.6%（检测依据或说明gb/t 6900-2016），zro2 hfo2为1.1%（检测依据或说明gb/t 4984-2007），fe2o
3 2.1%（检测依据或说明iso 21587-2007），tio2 cao mgo na2o k2o≤2.2%，所有莫来石成品d的性能平均值：体积密度（致密部分）3.20g/cm3（检测依据或说明gb/t 2997-2015），常温抗折强度100mpa，抗折强度（1350℃）65mpa，热线膨胀率（1150℃）0.6%；荷重软化开始温度（0.2mpa）为≥1650℃另外横切各莫来石成品，横切方向与莫来石成品的振动方向垂直，即振动方向与莫来石成品高度方向一致，从上到下进行横切，间隔高度为5cm，横切后观察切面：莫来石成品c的切面上有些能观察到玻璃相的存在，大部分不能观察到玻璃相的存在，玻璃相存在时，一团一团聚集分布，不成网状；莫来石成品d切面方向玻璃相成网状进行分布，分割连续的莫来石相。
50.实施例3按照上述相应工艺流程处理得到的同一配方，同一原料的同一批氧化锆原料熔融液，按下述方法进行保温处理：熔融完成后，将熔化好的料液分别铸入15个分别放置于保温箱中的氧化锆模型型腔中，氧化锆模型四周填充保温氧化铝，铸入料液完成后，上部覆盖保温氧化铝，然后进行自然冷却。其中10个保温箱放置于振动设备上，冷却到1750℃时，开始对保温箱进行上下振动，一直到温度降至1200℃，振幅为5mm，振动频率为40hz，然后继续保温至室温或30℃以下，将冷却完成的从保温箱中取出的产品分别按常规处理：如进行研磨等处理，得到氧化锆耐火成品a；对于其中的5块氧化锆耐火成品a进行如下处理：将氧化锆耐火成品a分别放置在容器中，氧化锆耐火成品a一面朝上，将溶液a喷或倒入氧化锆耐火成品a上，溶液a浸润氧化锆耐火成品a，然后对容器内的熔铸氧化锆产品先升温到100摄氏度加热2h，然后升温到500摄氏度，进行煅烧，煅烧时间为6个小时，得到熔铸氧化锆耐火制品c。
51.溶液a包含锆盐，溶液a为下述溶液：把硅酸乙酯溶于有机溶剂和水中；加入碳酸锆，溶解，搅拌均匀，有机溶剂和水的体积比为3:80，si与锆的摩尔比为5:90；在搅拌条件下加入硝酸，调节ph到5，得到溶液a；其中硅酸乙酯溶于有机溶剂和水后得到的溶液浓度为0.05mol/l。溶液a浸润熔铸氧化锆产品的厚度为8mm。
52.另外5个保温的氧化锆模型正常自然冷却；将冷却完成的从保温箱中取出的产品分别按常规处理：如进行研磨等处理，最终得到玻璃窑的氧化锆耐火成品b。
53.保温箱或者氧化锆模型中设有温度检测仪或/和温度传感器，温度检测设备可以为如德国进口tpye c型热电偶，品牌：buffalo，型号tc，测温0-2300℃，最高测试温度达到2300℃（国内目前没有能做到分度号c的热电偶，采用反应原件为钨铼合金，探针护鞘材质为钼、钽或钨等昂贵的耐高温金属。
54.对氧化锆成品进行检测：（1）对于剩余的5块氧化锆耐火成品a进行检测，按重量百分比计，所有氧化锆耐火成品a的平均值为：（zro2 hfo2）为94.0%（检测依据gb/t 4984-2007），sio2为4.5%，（检测依据gb/t 4984-2007），al2o3 tio2 fe2o
3 k2o na2o≤1.5%。所有氧化锆耐火成品a的性能平均值：体积密度（致密部分）5.2g/cm3（检测依据或说明gb/t 2997-2015），常温抗压强度≥400mpa，热线膨胀系数（1000℃）0.65%，热线膨胀系数（1500℃）0.16%；荷重软化开始温度（0.2mpa）为＞1800℃；1500℃
×
4h检测条件下，玻璃相渗出量为0.26%，检测依据jc/t493-2015（2017）附录b；1500℃
×
36h 普通钠钙玻璃检测条件下，静态下抗玻璃液侵蚀速度（mm/24h）（液面线处）为0.45，检测依据为jc/t806-2013（2017）；玻璃相渗出温度（检测条件为初析）大于1500℃，检测依据为jc/t805-2013（2017）。
55.（2）对于氧化锆耐火成品b：按重量百分比计，所有氧化锆耐火成品b的平均值为：（zro2 hfo2）为93.5%（检测依据gb/t 4984-2007），sio2为4.8%，（检测依据gb/t 4984-2007），al2o3 tio2 fe2o
3 k2o na2o≤1.7%。所有氧化锆耐火成品b的性能平均值：体积密度（致密部分）5.2g/cm3（检测依据或说明gb/t 2997-2015），常温抗压强度≥400mpa，热线膨胀系数（1000℃）0.70%，热线膨胀系数（1500℃）0.20%；荷重软化开始温度（0.2mpa）为＞1700℃。1500℃
×
4h检测条件下，玻璃相渗出量为0.35%，检测依据jc/t493-2015（2017）附
录b；1500℃
×
36h 普通钠钙玻璃检测条件下，静态下抗玻璃液侵蚀速度（mm/24h）（液面线处）为0.68，检测依据为jc/t806-2013（2017）；玻璃相渗出温度（检测条件为初析）大于1420℃，检测依据为jc/t805-2013（2017）。
56.（3）横切各氧化锆耐火成品a和b，横切氧化锆耐火成品，横切方向与氧化锆耐火成品的振动方向垂直，即振动方向与氧化锆耐火成品高度方向一致，从上到下进行横切，间隔高度为5cm，横切后观察切面：氧化锆耐火成品a的切面上有些能观察到玻璃相的存在，大部分不能观察到玻璃相的存在，玻璃相存在时，一团一团聚集分布，不成网状；氧化锆耐火成品b切面方向玻璃相成网状进行分布，网状玻璃相分割连续的四方相和立方相氧化锆晶体。
57.（4）为了测得制得的熔铸氧化锆耐火制品c的性能，样品取自制备得到的耐火制品中浸渍溶液a的部分，且从浸润了溶液a的一面开始取样，样品的平均性能具体为：（1）平均体积密度为5.22g/cm3，热线膨胀系数（1000℃）0.63%，热线膨胀系数（1500℃）0.12%；荷重软化开始温度（0.2mpa）为＞1800℃；1500℃
×
4h检测条件下，玻璃相渗出量为0.02%，检测依据jc/t493-2015（2017）附录b；1500℃
×
36h 普通钠钙玻璃检测条件下，静态下抗玻璃液侵蚀速度（mm/24h）（液面线处）为0.052，检测依据为jc/t806-2013（2017）；玻璃相渗出温度（检测条件为初析）大于1900℃，检测依据为jc/t805-2013（2017）。
58.另外生产熔铸高纯氧化铝耐火制品的保温也可以使用本技术的保温工艺进行。
59.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，应当指出，对于本领域的及任何熟悉本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，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，及作出的若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。