本技术涉及ZrO2掺杂CMA材料的制备及其结构与功能一体化调控方法。该方法包括以下步骤:S1,将氧化铝源、氧化钙源与氧化锌源混合,制备出ZrO2掺杂CMA材料。通过优化原料配比和制备工艺,实现了材料结构和功能的同步调控,提高了材料的综合性能。
背景技术
为了实现钢铁冶炼过程中的节能降耗,工业炉的炉衬材料通常由多层构成,工作层采用重质材料,隔热层采用多孔的隔热材料。工作层直接钢液接触,其性能和应用直接关系到钢铁行业生产的效率和安全,这就要求工作层耐火材料具有优异的耐高温性能、稳定性、抗热震性能和抗渣侵蚀性能。隔热层采用多孔隔热材料,从而减少炉体热量损失,使炉体温度分布均匀,防止炉体结构损坏。由于不同层材料的性质差异,在使用的过程中很容易产生裂纹和脱落。采用组分相近的材料作为炉体的工作层及隔热层,能够保证工业炉窑在安全稳定运行的同时具有高效的隔热保温性能,从而减少散热损失和蓄热损失达到节能的目的。
A12
O3
-MgO-CaO三元体系耐火材料在结构和功能方面具有优异性能,已经成为绿色高温耐火材料研究热点。其中,A12
O3
-MgO-CaO三元系富铝部分中典型的高熔点化合物镁铝尖晶石(MgAl2
O4
,简写为MA)和六铝酸钙(CaAl12
O19
,简写为CA6
)具有熔点高、稳定性强、热震稳定性强、对熔融金属/渣的润湿性低等优点,广泛应用于钢铁、石化及铝行业。但是,由于CA6
和MA的稳定区域和结晶习性相差较大,合成致密的CA6
/MA复相材料相对困难,极大限制了以CA6
/MA复相材料为体系的工业炉窑一体化设计及应用。
Ca2
Mg2
Al28
O46
(简写为C2
M2
A14
)和CaMg2
Al16
O27
(简写为CM2
A8
)统称为CMA,是MgO在CA6
中的两种有限固溶体,兼具MA和CA6
的优良特性,已在洁净钢冶炼、高温合金熔炼等领域得到初步应用。然而,目前CMA材料的制备工艺复杂、成本较高,严重限制了其工业化应用。一方面,生产CMA所用的原料主要为氧化铝源、钙源及镁源,三种原料混合的均匀性决定了所制备的CMA材料的物理性能及纯度。制备CMA材料通常采用湿混法进行混料,但是湿法混料时需要先将Al2
O3
、CaCO3
和MgCO3
粉末混合均匀,再干燥、粉碎后压制成坯体,这在很大程度上增加了制备流程和制备成本,而且由于粉体密度及颗粒粒径的差异,湿法混合获得的混合粉料在干燥的过程中也极易出现分层现象。
另一方面,可以采用电熔法、热压法和两步烧结法等方法制备CMA材料,这些方法虽然能够制备出较为致密的CMA材料,但都存在工艺复杂、生产周期长、能耗大等缺点,难以实现工业化制备。
一步烧结法能够有效缩减制备流程、降低生产成本,已经广泛应用到耐火材料的工业化制备中,但仍难以实现对CMA材料结构功能的一体化调控,极大限制其在工业炉炉衬领域的大规模应用。
实现思路