一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法

摘要

本发明具体涉及一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。其技术方案是：先以60~72wt%的颗粒料、20~29wt%的镁砂细粉和8~14wt%的氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料2.5~5.5wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1600~1850℃的条件下保温2~8h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。所述颗粒料的制备方法是：以74~92wt%的镁砂细粉和8~26wt%的氧化锆细粉为原料，外加所述原料2.0~5.0wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1550~1800℃的条件下保温2~6h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。本发明所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环具有使用性能稳定、成本低廉和适于工业化生产的特点。

说明书

技术领域

本发明属于镁锆环技术领域，具体涉及一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。

背景技术

 滑板由于长时间承受钢液的化学侵蚀和物理冲刷，以及激烈的热冲击和机械磨损，使用条件极为苛刻，故滑板通常采用铝碳或铝碳锆质材质制备。钙在钢水中可以起到脱氧、脱硫和对夹杂物进行变性处理的作用，从而改善钢水的流动性和提高钢的内在品质。因此，钢水的钙处理作为一种精炼钢水的工艺，已得到广泛应用。但钙处理钢水中的[Ca]会与滑板中的Al₂O₃和SiO₂反应生成CaO，产物CaO还继续与滑板中的Al₂O₃和SiO₂反应生成低熔点化合物，导致滑板在浇注钙处理钢时损毁非常严重。

二氧化锆在高温下化学性质十分稳定，在与氧化钙接触时能保持较高的熔点，部分稳定氧化锆热震性能好，是浇注钙处理钢的理想用材。在钙处理钢滑板中，通常采用二氧化锆含量90%以上的锆环镶嵌于普通滑板中构成工作部分，直接和钢液接触。由于二氧化锆属于多晶转化氧化物，多晶转化过程中伴随着7%的体积效应，易于引起二氧化锆制品的开裂。为保证锆环的质量，通常向ZrO₂中添加MgO、CaO和Y₂O₃作为复合稳定剂来部分稳定氧化锆制备锆环。镶嵌二氧化锆质环滑板的出现，较好地满足了浇注钙处理钢的需要。

但由于二氧化锆强度不高，烧结过程中收缩变形较大，使得锆环加工过程复杂，性能不稳定，成品率较低。此外，原料二氧化锆比重大，价格较普通滑板材料高，复合稳定剂中的Y₂O₃价格也非常高。因此，锆环的应用势必会使钙处理钢滑板的成本高出普通材质滑板，不利于大规模工业化生产。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种使用性能稳定、成本低廉和适于工业化生产的用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：先以60~72wt%的颗粒料、20~29wt%的镁砂细粉和8~14wt%的氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料2.5~5.5wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1600~1850℃的条件下保温2~8h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以74~92wt%的镁砂细粉和8~26wt%的氧化锆细粉为原料，外加所述原料2.0~5.0wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1550~1800℃的条件下保温2~6h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

所述颗粒料的颗粒级配是：粒径5~3mm为55~65wt%，3~1mm为10~25wt%，1~0.1mm为15~30wt%。

所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉中的一种或两种；镁砂细粉的MgO含量﹥97wt%，粒径﹤100μm。

所述氧化锆细粉为单斜氧化锆细粉和脱硅氧化锆细粉中的一种或两种；氧化锆细粉的ZrO₂含量﹥98wt%，粒径﹤45μm。

由于采用上述技术方案，本发明制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的主要成分是MgO，MgO在与氧化钙接触时不会生成低熔点的化合物，具有很好地抵抗钙处理钢液侵蚀的性能。在MgO中加入一定量的ZrO₂，ZrO₂会与MgO发生固溶，使得加入的ZrO₂全部生成稳定的四方相，防止了制品的开裂；同时，由于ZrO₂固溶体与基体MgO之间热膨胀系数有一定差异，在制品冷却过程中，固溶体与MgO晶粒接触界面上会有微裂纹产生。微裂纹可以吸收部分因热冲击而产生的应力，因此，所制备的镁锆环热稳定性能较好。镁质材料的强度高，烧结过程不易变形，所以镁锆环加工过程较锆环简单，具有较好的稳定性能。此外，MgO价格相对ZrO₂低，采用镁锆环替代锆质环会大大降低钙处理钢滑板的生产成本，加之制备工艺的控制简单易行，因此适于工业化生产。

本发明所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.05~3.39g/cm³，显气孔率为7.7~13.5%，抗折强度为20~28MPa，耐压强度为145~195MPa，热稳定性在1100℃下水冷9~12次不断裂，能够满足钙处理钢连浇7~10炉的要求。

因此，本发明所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环具有使用性能稳定、成本低廉和适于工业化生产的特点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料技术参数统一描述如下，具体实施例中不再赘述：颗粒料的颗粒级配是：粒径5~3mm为55~65wt%，3~1mm为10~25wt%，1~0.1mm为15~30wt%；镁砂细粉的MgO含量﹥97wt%，粒径﹤100μm；氧化锆细粉的ZrO₂含量﹥98wt%，粒径﹤45μm。

实施例1

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以60~64wt%的颗粒料、26~29wt%的电熔镁砂细粉和8~11wt%的单斜氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料2.5~3.5wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1600~1700℃的条件下保温2~5h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以74~80wt%的电熔镁砂细粉和20~26wt%的单斜氧化锆细粉为原料，外加所述原料2.0~3.0wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1550~1650℃的条件下保温2~4h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例1所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.05~3.15g/cm³，显气孔率为11.5~13.5%，抗折强度为20~22MPa，耐压强度为145~155MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，能够满足钙处理钢连浇7炉的要求。

实施例2

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以64~68wt%的颗粒料、23~26wt%的烧结镁砂细粉和8~11wt%的脱硅氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料3.5~4.5wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1700~1800℃的条件下保温5~8h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以80~86wt%的烧结镁砂细粉和14~20wt%的脱硅氧化锆细粉为原料，外加所述原料3.0~4.0wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1650~1750℃的条件下保温4~6h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例2所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.10~3.20g/cm³，显气孔率为10.5~12.5%，抗折强度为21~23MPa，耐压强度为150~160MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，能够满足钙处理钢连浇8炉的要求。

实施例3：

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以68~72wt%的颗粒料、20~23wt%的镁砂细粉和8~11wt%的单斜氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料4.5~5.5wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1750~1850℃的条件下保温4~7h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以86~92wt%的镁砂细粉和8~14wt%的脱硅氧化锆细粉为原料，外加所述原料4.0~5.0wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1700~1800℃的条件下保温3~5h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉的混合细粉。

本实施例3所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.15~3.25g/cm³，显气孔率为9.5~11.5%，抗折强度为22~24MPa，耐压强度为155~165MPa，热稳定性在1100℃下水冷11次不开裂，能够满足钙处理钢连浇9炉的要求。

实施例4

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以60~64wt%的颗粒料、23~26wt%的镁砂细粉和11~14wt%的氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料4.5~5.5wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1750~1850℃的条件下保温3~6h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以79~85wt%的镁砂细粉和15~21wt%的氧化锆细粉为原料，外加所述原料4.0~5.0wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1600~1700℃的条件下保温3~5h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉的混合细粉；氧化锆细粉为单斜氧化锆细粉和脱硅氧化锆细粉的混合细粉。

本实施例4所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.18~3.28g/cm³，显气孔率为9.0~11.0%，抗折强度为23~25MPa，耐压强度为158~168MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，能够满足钙处理钢连浇10炉的要求。

实施例5

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以64~68wt%的颗粒料、20~23wt%的电熔镁砂细粉和11~14wt%的氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料4.0~5.0wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1700~1800℃的条件下保温4~7h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以75~81wt%的烧结镁砂细粉和19~25wt%的氧化锆细粉为原料，外加所述原料3.0~4.0wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1700~1800℃的条件下保温2~4h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例所述氧化锆细粉为单斜氧化锆细粉和脱硅氧化锆细粉的混合细粉。

本实施例5所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.20~3.30g/cm³，显气孔率为8.5~10.5%，抗折强度为24~26MPa，耐压强度为166~176MPa，热稳定性在1100℃下水冷9次不开裂，能够满足钙处理钢连浇9炉的要求。

实施例6

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以62~66wt%的颗粒料、24~27wt%的电熔镁砂细粉和9~12wt%的脱硅氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料3.0~4.0wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1650~1750℃的条件下保温2~5h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以77~83wt%的电熔镁砂细粉和17~23wt%的脱硅氧化锆细粉为原料，外加所述原料2.0~3.0wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1650~1750℃的条件下保温4~6h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例6所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.25~3.35g/cm³，显气孔率为8.0~10.0%，抗折强度为25~27MPa，耐压强度为175~185MPa，热稳定性在1100℃下水冷12次不开裂，能够满足钙处理钢连浇8炉的要求。

实施例7

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以65~69wt%的颗粒料、21~24wt%的烧结镁砂细粉和10~13wt%的单斜氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料4.0~5.0wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1750~1850℃的条件下保温3~6h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以85~91wt%的烧结镁砂细粉和9~15wt%的单斜氧化锆细粉为原料，外加所述原料3.5~4.5wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1680~1780℃的条件下保温4~6h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例7所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.29~3.39g/cm³，显气孔率为7.7~9.7%，抗折强度为26~28MPa，耐压强度为185~195MPa，热稳定性在1100℃下水冷11次不开裂，能够满足钙处理钢连浇9炉的要求。

实施例8

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以67~71wt%的颗粒料、20~23wt%的镁砂细粉和8~11wt%的脱硅氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料3.0~4.0wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1680~1780℃的条件下保温5~8h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以82~88wt%的镁砂细粉和12~18wt%的单斜氧化锆细粉为原料，外加所述原料2.5~3.5wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1630~1730℃的条件下保温3~5h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例所述镁砂细粉为电熔镁砂细粉和烧结镁砂细粉的混合细粉。

本实施例8所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.26~3.36g/cm³，显气孔率为8.1~10.1%，抗折强度为25~27MPa，耐压强度为180~190MPa，热稳定性在1100℃下水冷12次不断裂，能够满足钙处理钢连浇8炉的要求。

实施例9

一种用于钙处理钢滑板的镁锆环及其制备方法。先以61~65wt%的颗粒料、25~28wt%的烧结镁砂细粉和9~12wt%的脱硅氧化锆细粉为混合料，再外加所述混合料4.5~5.5wt%的聚乙烯醇，搅拌均匀，成型，干燥；然后于1700~1800℃的条件下保温4~7h，冷却后进行机械加工，即得用于钙处理钢滑板的镁锆环。

所述颗粒料的制备方法是：以84~90wt%的烧结镁砂细粉和10~16wt%的单斜氧化锆细粉为原料，外加所述原料3.5~4.5wt%的聚乙烯醇，混合均匀，压制成型，干燥，在1660~1760℃的条件下保温3~5h，随炉冷却，破碎后即得颗粒料。

本实施例9所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.24~3.34g/cm³，显气孔率为8.6~10.6%，抗折强度为24~26MPa，耐压强度为178~188MPa，热稳定性在1100℃下水冷12次不断裂，能够满足钙处理钢连浇8炉的要求。

本具体实施方式制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的主要成分是MgO，MgO在与氧化钙接触时不会生成低熔点的化合物，具有很好地抵抗钙处理钢液侵蚀的性能。在MgO中加入一定量的ZrO₂，ZrO₂会与MgO发生固溶，使得加入的ZrO₂全部生成稳定的四方相，防止了制品的开裂；同时，由于ZrO₂固溶体与基体MgO之间热膨胀系数有一定差异，在制品冷却过程中，固溶体与MgO晶粒接触界面上会有微裂纹产生。微裂纹可以吸收部分因热冲击而产生的应力，因此，所制备的镁锆环热稳定性能较好。镁质材料的强度高，烧结过程不易变形，所以镁锆环加工过程较锆环简单，具有较好的稳定性能。此外，MgO价格相对ZrO₂低，采用镁锆环替代锆质环会大大降低钙处理钢滑板的生产成本，加之制备工艺的控制简单易行，因此适于工业化生产。

本具体实施方式所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环的体积密度为3.05~3.39g/cm³，显气孔率为7.7~13.5%，抗折强度为20~28MPa，耐压强度为145~195MPa，热稳定性在1100℃下水冷9~12次不断裂，能够满足钙处理钢连浇7~10炉的要求。

因此，本具体实施方式所制备的用于钙处理钢滑板的镁锆环具有使用性能稳定、成本低廉和适于工业化生产的特点。