一种ZrO2-(Al,Cr)2O3-Mg(Al,Cr)2O4复合耐火材料及其制备方法

本发明属于耐火材料领域，涉及一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料。

背景技术：

1、熔融还原炼铁工艺因其原料适应性比较广，可避免焦炭的使用，对环境污染小，容易建成绿色工厂，一直被认为是未来炼铁的发展方向。但是，全氧熔融还原工艺的还原和氧化过程整合到在一个反应器内完成，熔融气化炉内的氧化度高、熔渣碱度低、feo含量高、熔池波动剧烈、气流冲刷严重、炉内温度高，恶劣的高温腐蚀环境对耐火材料的侵蚀损毁非常严重。同时，熔融还原反应和气化反应速度较为迅速，导致产生的高feo含量的泡沫渣对耐材的侵蚀很严重。炉缸内高强度搅拌系统使熔体具有较强的流动性，剧烈的液面波动对炉衬的冲刷和侵蚀更为严重。澳大利亚kwinana厂hismelt设备挑选了抗渣性优异且适合在氧化/还原气氛下使用的al2o3-cr2o3砖，但服役效果不理想，反应炉每年都会出现严重腐蚀需要局部更换炉衬，每两年就需要更换反应炉的所有炉衬。因此，亟待开发适合全氧熔融还原炼铁工艺使用的强度高、耐高温、耐氧化烧蚀、热稳定性好、抗渣侵蚀性强的高温耐火材料，这对于促进低碳冶金的发展和环保具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料，克服目前工业窑炉用含铬耐材存在的力学性能差、抗渣侵蚀能力差、服役寿命短问题。利用铝铬渣残渣制备出一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料，能够显著提高普通含铬耐材的致密度、力学性能和抗渣侵蚀性能。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料，所述zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的矿物成分由mg(al,cr)2o4尖晶石、(al,cr)2o3固溶体以及zro2组成，其化学成分的重量百分数的范围为：al2o3 32.4～35.1％、cr2o3 48.6～52.7％、zro2 9～9.8％，mgo 2.5％～10％。具体的，其化学成分的重量百分数可为al2o3 32.4％、33.3％、34.2％或35.1％、cr2o3可以为48.6％、50％、51.3％或52.7％、zro2 9％、9.3％、9.5％或9.8％，mgo可以为2.5％、5％、7.5％或10％。

3、所述zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料中的mg(al,cr)2o4尖晶石分布于(al,cr)2o3颗粒之间，抑制了固溶体晶粒的长大，降低了复合耐材的孔隙率，并有效提高了复合材料的力学性能。

4、本发明还开了一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的制备方法，制备方法包括如下步骤：

5、s10:向铝铬渣中添加一定质量百分数的三氧化铬和少量的氧化镁以及微量的二氧化锆进行配料、混料以及材料成型。

6、s20:zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的烘干。

7、s30:zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的反应烧结。

8、其中，步骤s10中所述的复合耐火材料的配料和混料是指将铝铬渣、三氧化二铬、白云石以及二氧化锆按一定比例混合并进行混匀。其中，铝铬渣的重量百分数为40～44.89％，三氧化二铬的重量百分数为40～45.11％，二氧化锆的重量百分数为10％，氧化镁的重量百分数为2.5～10％。复合高温耐火材料成型是将混合料用耐材成型机制备出所需形状的复合耐材湿坯。具体实施时，铝铬渣的重量百分数可以为40％、41.23％、42.50％或43.72％，三氧化二铬的重量百分数为40％、41.27％、42.50％或43.78％，氧化镁的重量百分数为2.5％、5％、7.5％或10％。

9、步骤s20中所述的zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的烘干是将成型后的复合耐材湿坯在室温下自然干燥48小时后，再用带式烘干机烘干，烘干温度为300～500℃，烘干时间为8～20小时。

10、步骤s30中所述的zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的反应烧结是将烘干好的复合耐材湿坯送入到高温隧道窑中进行高温煅烧，煅烧温度为1500～1600℃，煅烧时间为4～6小时。煅烧结束后经过炉内缓冷的方式将耐材冷却至室温，即得到本发明的zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料。

11、该zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的相关性能能够达到：相对密度为86.95～93.40％，体积收缩率为5.85～12.52％，孔隙率为3.75～7.42％，硬度为10.5～14.2gpa，抗压强度为163.7～275.4mpa，抗弯强度为55.8～80.5mpa，耐火度为1760～1800℃，热稳定性(1100℃-水冷次数)9～12次。

12、与现有的材料技术方法相比，本发明具有如下优点：

13、1.该zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料具有致密度高、力学性能和热震抗性好、抗渣侵蚀能力好、强度高、寿命长、节能效率高的特点。

14、2.该zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料主要由mg(al,cr)2o4尖晶石、(al,cr)2o3固溶体以及zro2组成。反应形成的mg(al,cr)2o4尖晶石分布于(al,cr)2o3颗粒之间，抑制了固溶体晶粒的长大，降低了复合耐材的孔隙率。

15、3.该技术方法显著提高了传统铝铬质耐火材料的力学性能和抗渣侵蚀性能，具有流程短，能耗低，生产工艺简单，所制备的zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料是一种新型的高温抗侵蚀耐材。

技术特征：

1.一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料，其特征在于：所述zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的矿物成分由mg(al,cr)2o4尖晶石、(al,cr)2o3固溶体以及zro2组成，其化学成分的重量百分数的范围为：al2o3 32.4～35.1％、cr2o3 48.6～542.7％、zro2 9～9.8％，mgo 2.5％～10％。

2.如权利要求1所述的一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料，其特征在于：所述zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的相对密度为86.95～93.40％，体积收缩率为5.85～12.52％，孔隙率为3.75～7.42％。

3.如权利要求1所述的一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料，其特征在于：所述zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料硬度为10.5～14.2gpa，抗压强度为163.7～275.4mpa，抗弯强度为55.8～80.5mpa，耐火度为1760～1800℃，1100℃-水冷的热稳定性次数9～12次。

4.一种zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料的制备方法，其特征在于：所述zro2-(al,cr)2o3-mg(al,cr)2o4复合耐火材料如权利要求1-3任一项所述，制备方法包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种ZrO<subgt;2</subgt;‑(Al,Cr)<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑Mg(Al,Cr)<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;复合耐火材料及其制备方法。利用铝热法冶炼金属铬产生的铝铬渣是作为主原料，配加一定量的三氧化铬和少量的MgO烧结助烧剂和ZrO<subgt;2</subgt;增强剂后成型并煅烧出一种ZrO<subgt;2</subgt;‑(Al,Cr)<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;‑Mg(Al,Cr)<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;复合耐火材料，该材料主要由主要是由Mg(Al,Cr)<subgt;2</subgt;O<subgt;4</subgt;尖晶石、(Al,Cr)<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;固溶体和ZrO<subgt;2</subgt;构成。这种复合耐火材料具有力学性能优异，热稳定性好、抗渣侵蚀能力好、强度高、寿命长、节能效率高的特点。该技术方法能够有效提高传统铬刚玉耐材的性能和抗渣侵蚀性能，具有流程短、能耗低、生产工艺简单的特点。

技术研发人员：张颖异,崔坤坤,王洪,毛浩波,申欣
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5