一種電熔法生產鎂穩定鋯的方法與流程

本發明涉及無機材料技術領域，具體說是一種電熔法生產鎂穩定鋯的方法。

背景技術：

鎂基穩定鋯的制取方法主要有燒結法和電熔法，目前耐火材料領域用鎂穩定鋯主要以二步電熔法生產為主。二步電熔法生產鎂穩定鋯，即先用鋯英砂爐內脫硅熔煉出氧化鋯后，再用氧化鋯加穩定劑進行二次熔煉生成穩定型氧化鋯。因氧化鋯有單斜、四方和立方三種晶相，氧化鋯隨著溫度的升高單斜相向四方相、立方相轉變，隨著溫度的降低立方相氧化鋯又逐漸向四方相和單斜相轉變。溫變過程同時伴隨有體積效應發生，所以單斜相氧化鋯無法制造成制品使用，必須引入適量的穩定劑。當前行業鎂基穩定鋯的生產方法主要以電熔法為主，其產品在結構陶瓷、功能陶瓷等領域中得到廣泛應用，但在某些功能陶瓷領域，如用于冶金連鑄用的鎂穩定鋯耐火材料，其抗侵蝕性和使用壽命等指標還存在較大提升空間。目前市場上的鎂穩定鋯普遍存在的缺陷為材料晶粒小，晶界多，晶界間雜質形成有害相，最終導致制品冷強度差，致密度偏低，熱穩定性波動大，不能滿足冶金、化工等行業對鎂基穩定鋯的材料指標的要求。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種電熔法生產鎂穩定鋯的方法，利用該方法可以生產得到晶體生長足夠大的鎂基穩定鋯，產品晶粒大，晶界少，晶界間生成的有害夾雜相減少，制品的冷強度好，致密度有效提升，熱穩定性好，能有效滿足冶金、化工等行業對鎂基穩定鋯的材料指標的要求。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種電熔法生產鎂穩定鋯的方法，包括以下步驟：

步驟s1、將氧化鋯與碳素還原劑在電弧爐內脫硅后進行精煉，然后加入鎂穩定劑進行反應；

步驟s2、反應完成后，提升電極至熔池頂部，再向爐內加入氧化鋯繼續熔煉，待氧化鋯熔化后再加入鎂穩定劑進行反應；

步驟s3、重復執行n次步驟s2，n大于或等于1，以熔池液面不超過爐內頂部的安全線高度為宜；

步驟s4、熔煉完成后，用鎂穩定劑覆蓋爐內高溫熔坨表面，保溫120h以上出爐。

本發明的有益效果在于：采用本發明方法生產鎂基穩定鋯，不但可以提升單爐產量，降低產品生產成本，而且可以得到晶體生長足夠大的產品。產品晶粒大，晶界少，晶界間生成有害夾雜相的幾率減少，產品晶相檢測見實例1和實例2圖例，產品質量穩定。同時，此工藝生產出的制品通過檢測冷態抗壓強度達到150-170mpa，真密度為5.85-6.0g/cm3，冷強度好，致密度有效提升，熱穩定性好，能有效滿足冶金、化工等行業對鎂基穩定鋯的材料指標的要求，進一步推動了電熔法制備優質鎂基穩定鋯技術的發展。

附圖說明

圖1為本發明具體實施方式的實施例1的鎂基穩定鋯晶相檢測圖；

圖2為本發明具體實施方式的實施例2的鎂基穩定鋯晶相檢測圖。

具體實施方式

為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式予以說明。

本發明最關鍵的構思在于：采用電極上升式分段熔煉技術進行單爐分批熔煉，在下層熔煉完成后，提升電極至熔池頂部再加入氧化鋯和鎂穩定劑進行上層熔煉，利用上層熔體對下層熔坨進行保溫，促進下層熔坨的晶體長大，減少晶界雜質相的形成。熔煉結束后用鎂穩定劑粉料覆蓋爐內的高溫熔坨表面，使熔坨頂部得以保溫，保證熔坨頂部的晶體也有足夠的生長時間，從而生產得到晶粒粗大、晶界少、晶界間生成的有害夾雜相少的鎂穩定鋯。

具體的，本發明提供的電熔法生產鎂穩定鋯的方法，包括以下步驟：

步驟s1、將氧化鋯與碳素還原劑在電弧爐內脫硅后進行精煉，然后加入鎂穩定劑進行反應；

步驟s2、反應完成后，提升電極至熔池頂部，再向爐內加入氧化鋯繼續熔煉，待氧化鋯熔化后再加入鎂穩定劑進行反應；

步驟s3、重復執行n次步驟s2，n大于或等于1，以熔池液面不超過爐內頂部的安全線高度為宜；

步驟s4、熔煉完成后，用鎂穩定劑覆蓋爐內高溫熔坨表面，保溫120h以上出爐。

在上述生產方法中，起初配入少量的碳素還原劑進行脫硅和精煉，可以使爐內殘留的硅、鋁、鐵、鈦等氧化物雜質高溫還原去除，避免雜質對產品的影響。隨后加入鎂穩定劑與氧化鋯進行反應得到鎂穩定鋯，采取電極上升式分段熔煉技術進行單爐分批熔煉，在下層熔煉完成后，提升電極至熔池頂部再加入氧化鋯和鎂穩定劑進行上層熔煉，上層熔體對下層熔坨起到保溫作用，促進下層熔坨的晶體長大，減少晶界雜質相形成作用，同時提高送電操作的連續性，提高單爐產量，降低產品物耗。熔煉結束后，用鎂穩定劑粉料覆蓋爐內高溫熔坨表面，使熔坨頂部得以保溫，降低熔坨頂部的冷卻速度，保證熔坨頂部的晶體有足夠的生長時間。

在上述生產方法中，氧化鋯熔化后再加入鎂穩定劑，可以有效避免鎂穩定劑直接與電極等碳素接觸，防止鎂穩定劑被電極等炭素還原消耗。

從上述描述可知，本發明的有益效果在于：采用本發明方法生產鎂基穩定鋯，不但可以提升單爐產量，降低產品生產成本，而且可以得到晶體生長足夠大的產品。產品晶粒大，晶界少，晶界間生成有害夾雜相的幾率減少，產品質量穩定。同時，此工藝生產出的制品冷強度好，致密度有效提升，熱穩定性好，能有效滿足冶金、化工等行業對鎂基穩定鋯的材料指標的要求，進一步推動了電熔法制備優質鎂基穩定鋯技術的發展。

進一步的，在步驟s1中，電弧爐在精煉時的電壓為160～260v，電流為5～13ka。

進一步的，在步驟s1中，精煉時間為10～40min，以控制爐內熔體為微氧化性氣氛，然后再加入鎂穩定劑進行反應。

從上述描述可知，本發明的有益效果在于：調控爐內熔體為微氧化性氣氛后再加入鎂穩定劑進行穩定化反應，可以有效減少鎂穩定劑與電極等炭素反應的損耗。

進一步的，鎂穩定劑與氧化鋯的反應時間為5～15min。

進一步的，所述氧化鋯為品位≥99wt％的高純電熔氧化鋯，所述碳素還原劑選自石墨電極、石油焦、瀝青焦和木炭中的一種或多種，氧化鋯與碳素還原劑的重量比為氧化鋯∶碳素還原劑＝45～90∶1。

進一步的，所述鎂穩定劑的配入量為氧化鋯重量的2.75％～3.75％。

進一步的，在步驟s2中，緩慢提升電極至熔池頂部后，降低電極的功率使熔池的頂部保持有熔區，待氧化鋯加入后再提升至原功率進行熔煉。

從上述描述可知，本發明的有益效果在于：緩慢提升電極至熔池頂部后，降低電極的功率使熔池僅在頂部保持有熔區，一方面可以使熔池的其他部分進行緩慢冷卻結晶，延長晶體的生長時間，促進晶體長大，另一方面熔池頂部保持的熔區也可以有效避免發生過流、斷相等問題而二次起弧。

進一步的，所述鎂穩定劑選自電熔氧化鎂、氫氧化鎂和菱鎂石中的一種或多種。

實施例1

1、將氧化鋯與石墨電極按質量比86:1比例混勻后加入電弧爐內進行脫硅反應后，提升電壓至220v精煉11min，以調控爐內熔體為氧化性氣氛；

2、然后向爐內高溫熔體中加入質量百分比例為3.2％的電熔氧化鎂繼續進行高溫熔煉6min，使電熔氧化鎂與氧化鋯充分熔合穩定；

3、緩慢提升電極至熔池頂部，用小功率保持熔池頂部小區域熔煉，向爐內加入事先備好的氧化鋯原料，提升功率進行高溫熔煉；

4、待氧化鋯熔化后向爐內高溫熔體中加入3.2％比例的電熔氧化鎂繼續進行高溫熔煉8min；

5、按步驟3所述重復操作，直到熔池液面接近爐內頂部安全線高度，斷電停止熔煉；

6、提升起電極后，迅速將事先準備好的電熔氧化鎂粉料鋪入爐內高溫熔坨表面，以保溫讓熔坨在爐內隨爐緩慢冷卻；

7、隨爐冷卻150h后出爐，得到鎂基穩定鋯產品，檢測產品冷態抗壓強度達到164mpa，真密度為5.93g/cm³產品晶相檢測見下圖1。

實施例2

1、將氧化鋯與石墨電極按質量比78:1比例混勻后加入電弧爐內進行脫硅反應后，提升電壓至240v精煉20min，以調控爐內熔體為氧化性氣氛；

2、然后向爐內高溫熔體中加入質量百分比例為3.6％的氫氧化鎂繼續進行高溫熔煉5min，使氫氧化鎂與氧化鋯充分熔合穩定；

3、緩慢提升電極至熔池頂部，用小功率保持熔池頂部部分熔區，向爐內加入事先備好的二氧化鋯原料，提升功率進行高溫熔煉；

4、待氧化鋯熔化后向爐內高溫熔體中加入3.5％比例的氫氧化鎂繼續進行高溫熔煉6.5min；

5、按步驟3所述重復操作，直到熔池液面接近爐內頂部安全線高度，斷電停止熔煉；

6、提升起電極后，迅速將事先準備好的氫氧化鎂粉料鋪入爐內高溫熔坨表面，以保溫讓熔坨在爐內隨爐緩慢冷卻；

7、隨爐冷卻130h后出爐，得到鎂基穩定鋯產品。檢測產品冷態抗壓強度達到158mpa，真密度為5.86g/cm³產品晶相檢測見圖2。

以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。