專利名稱：礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于以成分為特征的陶瓷成型制品制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到熔鑄法制備礬土基電熔鋯剛玉尖晶石材料的方法。
背景技術(shù)：
隨著連鑄和爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，部分精煉過程從煉鋼爐轉(zhuǎn)移到鋼包中進(jìn)行。鋼包不僅是儲(chǔ)存鋼液的高溫容器，還要在真空中進(jìn)行鋼液精煉，成為具有特色的冶金設(shè)備。由于鋼液溫度提高，鋼液在包內(nèi)停留時(shí)間的延長(zhǎng)，加上精煉過程的攪拌作用和爐渣的侵蝕，使鋼包內(nèi)襯的使用條件惡化，壽命下降。目前鋼包內(nèi)襯材料主要是剛玉尖晶石，亦有人在實(shí)驗(yàn)室嘗試在鋼包澆注料中加入氧化鋯來提高鋼包澆注料的性能，但由于價(jià)格昂貴，影響了其推廣應(yīng)用。中國(guó)有豐富的天然高鋁礬土和菱鎂礦資源。如果以高鋁礬土，輕燒鎂砂和鋯英砂為原料，經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓に?，將其轉(zhuǎn)化為電熔鋯剛玉尖晶石合成料，替代剛玉尖晶石用于鋼包等高溫關(guān)鍵部位，將獲得更好的使用效果。這樣不僅可充分利用中國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)發(fā)展高附加值的制品，還可對(duì)高溫工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。
通過檢索專利和文獻(xiàn)，未發(fā)現(xiàn)有以高鋁礬土，輕燒鎂砂和鋯英砂為原料制備電熔鋯剛玉尖晶石合成料的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用廉價(jià)的天然高鋁礬土、輕燒鎂砂(由地菱鎂礦輕燒制備)和鋯英砂為原料，制備電熔鋯剛玉尖晶石合成料的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案為礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法，以高鋁礬土，輕燒鎂砂、鋯英砂、碳素材料和鐵屑為原料，采用兩步還原熔煉，兩步氧化熔煉和精煉的制備工藝，其特征在于a.將高鋁礬土，碳素材料、鐵屑按質(zhì)量比100∶6-10∶8-15的配比混合均勻，加入到電弧爐中，電壓控制在90-135V，在高溫熔融狀態(tài)下埋弧還原，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％；b.控制電弧爐電壓在100-135V，將質(zhì)量比100∶12-18的鋯英砂和碳素材料的混合物逐步加入到上述剛玉熔液中，在高溫熔融狀態(tài)下還原熔煉，去除鋯英砂中的二氧化硅，使熔液中Al2O3+ZrO2含量大于98％；c.保持電弧爐電壓在100-135V，電極稍微脫離液面，將輕燒鎂砂逐漸加入到b所得熔液中，使熔液中Al2O3+ZrO2+MgO含量大于98％。
d.保持電弧爐電壓在100-135V，使電極稍微脫離液面，在2200-2500℃高溫氧化狀態(tài)下，精練30-60分鐘，結(jié)束精練，將熔液倒出冷卻，即制得礬土基電熔鋯剛玉尖晶石。
在上述制備方法中高鋁礬土灼減后的主要成分為Al2O383-90％，SiO25-8％，TiO22-5％，粒度為10-30mm；碳素材料是煤或焦炭或石墨，固定C為75-85％，灰分為10-20％，粒度為1-5mm；鐵屑中Fe含量為75-85％，長(zhǎng)度為10-200mm；鋯英砂中ZrO2為64-67，粒度為0.1-1mm；輕燒鎂砂的主要成分為MgO 94-96％，CaO 0.3-1.5％，SiO20.3-1.5，粒度為0.1-1mm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、本發(fā)明以廉價(jià)易得的高鋁礬土、輕燒鎂砂和鋯英砂代替工業(yè)氧化鋁、高純鎂砂和氧化鋯制備一種高性能、高附加值的新型優(yōu)質(zhì)合成原料。
2、用本發(fā)明制備的電熔鋯剛玉尖晶石具有良好的特性，其化學(xué)成分為Al2O3+ZrO2+MgO＞98％，MgO 6-10％，ZrO23-8％。相組成為剛玉、尖晶石、單斜鋯。體積密度大于3.3％，顯氣孔率小于5％。可廣泛用于生產(chǎn)高溫工業(yè)用的各種制品。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但不局限于下列實(shí)施例。
實(shí)施例1
原料高鋁礬土Al2O389.65％，SiO23.93％，TiO24.12％，粒度10mm-30mm；鋯英砂ZrO2含量65.5％，粒度0.1mm；輕燒鎂砂MgO含量95.3％，CaO 1.3％，SiO21.0％，粒度為0.2mm；無(wú)煙煤固定C為75％？，灰分10％，粒度2mm；石墨塊固定C為80％，粒度2mm；鐵屑Fe含量為76％，長(zhǎng)度5-20mm。
制備方法將高鋁礬土100kg，無(wú)煙煤7.0kg，鐵屑8kg混合均勻。用此混合料鋪爐底20kg，加1kg石墨塊(粒度＜25mm)，0.5Kg鐵屑，電壓90V起弧。然后分批加入混合料熔煉，在約2100℃高溫下還原熔煉60分鐘，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％。通過沾棍觀察此階段的熔煉情況；控制電弧爐電壓在125V，將鋯英砂8kg，焦炭顆粒1.2kg混合均勻，埋弧條件下，分批將該混合料加到上述剛玉熔液中熔煉，除去鋯英砂中的二氧化硅，使熔液中Al2O3+ZrO2含量大于98％；保持電壓125V不變，電極稍微脫離液面，呈氧化熔煉狀態(tài)，使熔液溫度在2300℃以上，加入輕燒鎂砂7.2kg；將電壓保持在125V，使電極稍微脫離液面，2200-2500℃高溫氧化狀態(tài)下，呈長(zhǎng)電弧狀態(tài)，精煉40分鐘，倒出冷卻，即得產(chǎn)物。
所得鋯剛玉尖晶石化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)及物理性能如下

實(shí)施例2原料高鋁礬土Al2O389.6 5％，SiO27.90％，TiO24.12％，粒度20mm；石墨固定C為80％，粒度3mm；鐵屑Fe含量為80％，長(zhǎng)度100mm？；鋯英砂ZrO2含量67％，粒度0.5mm；輕燒鎂砂MgO含量94.5％，CaO0.5％，SiO21.5％，粒度為0.6mm。
制備過程同實(shí)施例1。
將焦炭顆粒6kg換成石墨顆粒5.5kg。
a步驟電壓控制在100V，溫度2200℃；b步驟電壓控制在130V；c步驟電壓控制在130V，溫度2400℃以上；d步驟電壓和溫度同c，精煉50分鐘。
所得鋯剛玉尖晶石化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)及物理性能如下

實(shí)施例3原料高鋁礬土Al2O385％，SiO25.60％，TiO23.12％，粒度28mm；無(wú)煙煤固定C為85％？，灰分15％，粒度5mm；石墨塊固定C為85％，粒度3mm；鐵屑Fe含量為85％，長(zhǎng)度180mm；鋯英砂ZrO2含量66％，粒度1mm；輕燒鎂砂MgO含量96％，CaO 1.0％，SiO21.5％，粒度為0.8mm。
制備過程同實(shí)施例1。
將輕燒鎂砂加入量7.2kg改為11kg。
a步驟電壓控制在110V，溫度2200℃；b步驟電壓控制在135V；c步驟電壓控制在135V，溫度2450℃以上；d步驟電壓和溫度同c，精煉60分鐘。
所得鋯剛玉尖晶石化學(xué)成分(質(zhì)量百分比)及物理性能如下

權(quán)利要求
1.礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法，以高鋁礬土，輕燒鎂砂、鋯英砂、碳素材料和鐵屑為原料，采用電熔制備工藝，其特征在于a.將高鋁礬土，碳素材料、鐵屑按質(zhì)量比100∶6-10∶8-15的配比混合均勻，加入到電弧爐中，電壓控制在90-135V，在高溫熔融狀態(tài)下埋弧還原，脫除礬土中的二氧化硅、二氧化鈦和雜質(zhì)，使剛玉熔液中Al2O3含量大于98％；b.控制電弧爐電壓在100-135V，將質(zhì)量比100∶12-18的鋯英砂和碳素材料的混合物逐步加入到上述剛玉熔液中，在高溫熔融狀態(tài)下還原熔煉，去除鋯英砂中的二氧化硅，使熔液中Al2O3+ZrO2含量大于98％；c.保持電弧爐電壓在100-135V，電極稍微脫離液面，將輕燒鎂砂逐漸加入到b所得熔液中，使熔液中Al2O3+ZrO2+MgO含量大于98％。d.保持電弧爐電壓在100-135V，電極稍微脫離液面，高溫氧化狀態(tài)下，精練30-60分鐘，倒出冷卻，即制得產(chǎn)物。
2.依照權(quán)利要求1所述礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法，其特征在于高鋁礬土灼減后的主要成分為Al2O383-90％，SiO23-8％，TiO22-5％，粒度為10-30mm。
3.依照權(quán)利要求1所述的礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法，其特征在于碳素材料是煤或焦炭或石墨，固定C為75-85％，灰份為10-20％，粒度為1-5mm。
4.依照權(quán)利要求1所述的礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法，其特征在于鐵屑中Fe含量為75-85％，長(zhǎng)度為10-200mm。
5.依照權(quán)利要求1所述礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法，其特征在于鋯英砂的主要成分為ZrO264-67％，粒度為0.1-1mm.
6.依照權(quán)利要求1所述礬土基電熔鋯剛玉尖晶石的制備方法，其特征在于輕燒鎂砂的主要成分為MgO 94-96％，CaO 0.3-1.5％，SiO20.3-1.5％，粒度為0.1-1mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備鋯剛玉尖晶石合成料的方法。該方法利用天然高鋁礬土、輕燒鎂砂和鋯英砂為主要原料，用碳素材料(煤、碳)和鐵屑作輔料，采用兩步還原熔煉，兩步氧化熔煉和精煉的工藝制備，降低了成本。用本發(fā)明制備的電熔鋯剛玉尖晶石具有良好的特性，其化學(xué)成分為Al
文檔編號(hào)C04B35/109GK1623957SQ20041006021
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者鐘香崇, 葛鐵柱, 梁耀華, 葉方保, 趙法炎 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué), 登封市少林剛玉有限公司