低鋯莫來石導流管磚及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種低鋯莫來石導流管磚及其制備方法，屬于耐火材料領域。本發明提供的低鋯莫來石導流管磚由下列重量份的原料組成：電熔莫來石：45~55份；氧化鋯：15~25份；廣西白泥：3~8份；紅柱石：15~25份；藍晶石：2~5份；木質素：1~5份。本發明對原料類型和料粒徑進行選擇，再配合本發明提供的燒結溫度和時間，制備而成的導流管磚具有優良的抗沖刷性和耐高溫性，蠕變小、熱穩定性好等特點，適用于核電產品中大鋼錠真空澆注使用。
【專利說明】低鋯莫來石導流管磚及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于耐火材料領域，具體涉及一種低鋯莫來石導流管磚及其制備方法。
【背景技術】
[0002]長期以來，以煤炭為主的能源結構不僅已無法適應經濟的快速發展，也造成了較嚴重的社會能源、環境問題。能源發面，煤炭可供人類使用的時間為二百至二百二十年，人類面臨煤炭枯竭的嚴峻形勢不言而喻；環境發面，燃用各種化石燃料將向大氣中排放大量的溫室氣體二氧化碳，硫氧化物和氮氧化物等有害氣體以及大量的煙塵，對環境造成極其嚴重的破壞。因此，我們有必要積極改善能源利用結構和實現能源的多元化供給。目前，由于有枯水期和豐水期的分別，造成水電電力不夠穩定；而太陽能和風能在短期內又不可能在總電力裝機容量中占有較大的份額。所以，核能是目前唯一達到工業應用、可以大規模替代化石燃料的能源，得到人們的大力提倡。
[0003]核電行業的大力提倡，促使核電鋼錠澆注技術的迅速發展。核電鋼錠通常是50噸以上的用于核電產品鍛造、軋鋼 用的鋼錠，一般采用真空澆注的方法進行制備。真空澆注是指將在大氣中熔煉的鋼水，注入真空室內的鋼錠模中，澆鑄成錠的方法。此法不僅可防止鋼水吸收氣體和二次氧化，并可起脫氣作用。適于澆鑄用作大型鍛件類鋼錠。此法極限真空度約為0.5毫米汞柱，處理后氫含量可降到2ppm以下，能有效地消除大鍛件的白點。
[0004]真空澆注導流管是鋼錠真空澆注必不可少的器具。導流管在澆注過程中直接與鋼水接觸，鋼水經過導流管進入鋼錠后夾雜物的上浮機會很小，因此，導流管磚的耐沖刷性能直接影響到鋼水的內部質量，影響鋼錠的品質，縮短其在核電行業中的使用壽命，甚至存在安全隱患。
[0005]為了提高鋼錠的純凈度，需要導流管磚具有很好的抗沖刷性、熱穩定性、耐高溫等特點，但目前的導流管磚不能到達此要求，在大鋼錠澆注時容易脫落，降低大鋼錠的純凈度，限制大鋼錠在核電行業中運用。
【發明內容】
[0006]為解決上述問題，本發明提供一種低鋯莫來石導流管磚及其制備方法，具有優良的抗沖刷性和耐高溫性，蠕變小、耐壓強度高、熱穩定性好等特點，尤其適用于核電產品中大鋼錠真空澆注使用。本發明采用如下技術方案:
一種低鋯莫來石導流管磚，其特征在于所述導流管磚的配方為以下重量份的組份:電熔莫來石:45~55份；氧化鋯:15~25份；廣西白泥:3~8份；紅柱石:15~25份；藍晶石:2飛份；木質素:1飛份。
[0007]優選地，所述導流管磚的配方為以下重量份的組份:電熔莫來石:50份；氧化鋯:20份；廣西白泥:5份；紅柱石:20份；藍晶石:3份；木質素:2份。
[0008]上面所述的低鋯莫來石導流管磚的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
a.將電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍晶石按比例混合后粉碎或者粉碎后按比例混合，得到混合顆粒；
b.將步驟a得到的混合顆粒、粉碎成200目的廣西白泥和密度為1.22^1.25g/cm3的木質素水溶液按比例混合，得到混合原料；
c.將步驟b中的混合原料壓制成磚還；
d.將步驟c中的磚坯在1450°C下燒結4小時，即得所述的低鋯莫來石導流管磚。
[0009]優選地，步驟a中所述的混合顆粒為，按重量百分比計，粒徑200目的顆粒占比50~60%，粒徑1~3mm的顆粒占比30~40%，粒徑3~5mm的顆粒占比5~10%。
[0010]優選地，步驟d中所述的燒結是在高溫隧道窯中進行。
[0011]本發明的有益效果如下:
1.本發明提供的低鋯莫來石導流管磚的原料配方中，采用電熔莫來石和氧化鋯為主要原料。電熔莫來石是以工業氧化鋁和高純石英為原料通過電熔工藝合成的，結晶體為針狀，它具有熱震穩定性好，抗折強度大，荷重軟化溫度高，硬度大，耐磨性好，高溫蠕變小等優良特性。氧化鋯具有高熔點、不氧化和高溫化學性質穩定的特點。氧化鋯的加入，能夠促進莫來石的燒結，在本發明提供的燒結溫度(1450°C )和燒結時間(4h)下，加入本發明提供的重量份的氧化鋯(15^25份，20份為最佳)，燒結而成的低鋯莫來石導流管磚的顯氣孔率小、相對密度大、機械強度高，并且此導流管磚的抗彎強度和斷裂韌性達到最大。隨著燒結溫度的增加，燒結而成的導流管磚的抗彎強度降低，斷裂韌性下降；隨著氧化鋯含量的增加，低導流管磚的熱膨脹系數也隨之增加。在本發明提供的最佳方案中(燒結溫度1450°C，氧化鋯15~25wt%)，莫來石針狀晶體的交錯密集排布以及亞微米級氧化鋯釘扎效應導致的穿晶斷裂和沿晶斷裂等消耗了大量的斷裂能、緩和裂紋尖端應力，使材料強度和韌性得以提高，并且此條件下燒結而成的低鋯莫來石導流管磚具有低的相對線性膨脹率和熱膨脹系數，具有更加良好的抗熱震性能。
[0012]2.本發明提供的低鋯莫來石導流管磚的原料配方中，紅柱石也是其主要原料之一。紅柱石A19(X含量高，鐵、鈦和鈣等氧化物雜質含量低。在本發明提供的燒結溫度(14500C )和燒結時間(4h)下，紅柱石不可逆地轉化成莫來石網絡，具有更高的耐火性能，耐火度達1800°C以上，且耐驟冷驟熱，機械強度大，抗熱沖擊力強，抗渣性強，荷重轉化點高，并具有極高的化學穩定性(其至不溶于氫氟酸)和極強的抗化學腐蝕性。人工合成的電熔莫來石價格昂貴，而紅柱石的加入大大降低了導流管磚的原料成本。本發明利用紅柱石的莫來石化作用能大大加強材料的網絡結構；本發明提供的燒結溫度和時間是最優的，如果燒結溫度過高、保溫時間過長，會導致紅柱石和莫來石局部熔融現象，玻璃相和氣孔會有所增加,對導流管磚的整體性能不利。
[0013]3.本發明提供的低鋯莫來石導流管磚的原料配方中，包括廣西白泥。廣西白泥是一種軟質高嶺土，其含量為Si02 >50%，A1203 >34%，Fe203〈l.5，具有可塑性好、流動性好、結合性好和化學性質穩定等特點。在本發明提供的燒結溫度(1450°C)和燒結時間(4h)下，廣西白泥配合本發明中的其他原料，轉變成莫來石，由此燒結而成的導流管磚具有抗沖刷、蠕變小、耐壓強度高、熱穩定性好等特點。廣西白泥中還含有CaO等雜質，使得制備而成的導流管磚中含有CaO，將本發明提供的低鋯莫來石導流管磚用于核電大鋼錠的澆注時，CaO可去除鋼液中S、Al、Si等雜質元素，起到凈化鋼液的作用；此外，在核電大鋼錠澆注時，CaO與鋼液的反應界面層還出現致密化現象，進而阻礙鋼液對導流管磚的侵蝕作用，延長導流管磚的使用壽命。廣西白泥的含量不能太低(小于3wt%)，否則廣西白泥良好的可塑性和流動性不能得到充分發揮，導流管磚成型困難；如果廣西白泥含量過高(大于8wt%)，粘性太大，不利于導流管磚的制作，并且還會造成導流管磚的高溫強度急劇下降。
[0014]4.本發明提供的低鋯莫來石導流管磚的原料配方中，包括藍晶石。藍晶石屬娃藍鹽類礦物，是一種耐火度高、直溫體積膨大的天然耐火原料礦物。在本發明提供的燒結溫度(1450 °C )和燒結時間(4h )下，藍晶石分解為莫來石產生體積膨脹效應及莫來石對基質的強化作用，會提高導流管磚的高溫抗折強度及抗熱震性，有利于保持低鋯莫來石導流管磚在核電大鋼錠澆注時的高溫狀態下保存體積穩定性，消除導流管磚在使用過程中產生剝落的現象。
[0015]5.本發明提供的低鋯莫來石導流管磚的制備方法中，對電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍晶石粉碎的粒徑進行優化，并非傳統工藝中只粉碎成單一粒徑的顆粒，對原料種類的優化、原料粒徑的優選，再配合本發明提供的燒結溫度和時間，制備而成的低鋯莫來石導流管磚具有優良的抗沖刷性和耐高溫性，蠕變小、耐壓強度高、熱穩定性好等特點，適用于核電產品中大鋼錠澆注使用。
【具體實施方式】[0016]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0017]實施例1
一種低鋯莫來石導流管磚，由下列重量份的原料組成:電熔莫來石:50份；氧化鋯:20份；廣西白泥:5份；紅柱石:20份；藍晶石:3份；木質素:2份。
[0018]此低鋯莫來石導流管磚的制備方法如下:
a.將電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍晶石按比例混合后粉碎或者粉碎后按比例混合，得混合顆粒，所述的混合顆粒為，按重量百分比計，粒徑200目的顆粒占比50飛0%，粒徑I~3_的顆粒占比30~40%,粒徑3~5_的顆粒占比5~10% ；
b.將步驟a得到的混合顆粒、粉碎成200目的廣西白泥和密度為1.22^1.25g/cm3的木質素水溶液按比例混合，得到混合原料；
c.將步驟b中的混合原料壓制成磚還；
d.將步驟c中的磚坯在1450°C下，在高溫隧道窯中燒結4小時，即得所述的低鋯莫來石導流管磚。
該低鋯莫來石導流管磚的理化指標如下:
【權利要求】
1.一種低鋯莫來石導流管磚，其特征在于所述導流管磚的配方為以下重量份的組份:電熔莫來石:45~55份；氧化鋯:15~25份；廣西白泥:3~8份；紅柱石:15~25份；藍晶石:2~5份；木質素:1~5份。
2.根據權利要求1所述的低鋯莫來石導流管磚，其特征在于所述導流管磚的配方為以下重量份的組份:電熔莫來石:50份；氧化鋯:20份；廣西白泥:5份；紅柱石:20份；藍晶石:3份；木質素:2份。
3.根據權利要求1-2任一項所述的低鋯莫來石導流管磚的制備方法，其特征在于包括以下步驟: a.將電熔莫來石、氧化鋯、紅柱石和藍晶石按比例混合后粉碎或者粉碎后按比例混合，得到混合顆粒； b.將步驟a得到的混合顆粒、粉碎成200目的廣西白泥和密度為1.22^1.25g/cm3的木質素水溶液按比例混合，得到混合原料； c.將步驟b中的混合原料壓制成磚還； d.將步驟c中的磚坯在1450°C下燒結4小時，即得所述的低鋯莫來石導流管磚。
4.根據權利要求3所述的低鋯莫來石導流管磚的制備方法，其特征在于，步驟a中所述的混合顆粒為，按重量百分比計，粒徑200目的顆粒占比50~60%，粒徑1~ 3mm的顆粒占比30~40%，粒徑3~5mm的顆粒占比5~10%。
5.根據權利要求3所述的低鋯莫來石導流管磚的制備方法，其特征在于，步驟d中所述的燒結是在高溫隧道窯中進行。
【文檔編號】C04B35/66GK103922761SQ201410098368
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】宋政德 申請人:威遠縣德勝耐材有限公司