矾土基电熔锆刚玉尖晶石的制备方法 所属领域
本发明属于以成分为特征的陶瓷成型制品制造技术领域，具体涉及到熔铸法制备矾土基电熔锆刚玉尖晶石材料的方法。
背景技术
随着连铸和炉外精炼技术的发展，部分精炼过程从炼钢炉转移到钢包中进行。钢包不仅是储存钢液的高温容器，还要在真空中进行钢液精炼，成为具有特色的冶金设备。由于钢液温度提高，钢液在包内停留时间的延长，加上精炼过程的搅拌作用和炉渣的侵蚀，使钢包内衬的使用条件恶化，寿命下降。目前钢包内衬材料主要是刚玉尖晶石，亦有人在实验室尝试在钢包浇注料中加入氧化锆来提高钢包浇注料的性能，但由于价格昂贵，影响了其推广应用。中国有丰富的天然高铝矾土和菱镁矿资源。如果以高铝矾土，轻烧镁砂和锆英砂为原料，经过适当的工艺，将其转化为电熔锆刚玉尖晶石合成料，替代刚玉尖晶石用于钢包等高温关键部位，将获得更好的使用效果。这样不仅可充分利用中国的资源优势发展高附加值的制品，还可对高温工业的发展作出贡献。
通过检索专利和文献，未发现有以高铝矾土，轻烧镁砂和锆英砂为原料制备电熔锆刚玉尖晶石合成料的方法。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种利用廉价地天然高铝矾土、轻烧镁砂(由地菱镁矿轻烧制备)和锆英砂为原料，制备电熔锆刚玉尖晶石合成料的方法。
本发明的技术方案为：
矾土基电熔锆刚玉尖晶石的制备方法，以高铝矾土，轻烧镁砂、锆英砂、碳素材料和铁屑为原料，采用两步还原熔炼，两步氧化熔炼和精炼的制备工艺，其特征在于：
a.将高铝矾土，碳素材料、铁屑按质量比100∶6-10∶8-15的配比混合均匀，加入到电弧炉中，电压控制在90-135V，在高温熔融状态下埋弧还原，脱除矾土中的二氧化硅、二氧化钛和杂质，使刚玉熔液中Al2O3含量大于98％；
b.控制电弧炉电压在100-135V，将质量比100∶12-18的锆英砂和碳素材料的混合物逐步加入到上述刚玉熔液中，在高温熔融状态下还原熔炼，去除锆英砂中的二氧化硅，使熔液中Al2O3+ZrO2含量大于98％；
c.保持电弧炉电压在100-135V，电极稍微脱离液面，将轻烧镁砂逐渐加入到b所得熔液中，使熔液中Al2O3+ZrO2+MgO含量大于98％。
d.保持电弧炉电压在100-135V，使电极稍微脱离液面，在2200-2500℃高温氧化状态下，精练30-60分钟，结束精练，将熔液倒出冷却，即制得矾土基电熔锆刚玉尖晶石。
在上述制备方法中：高铝矾土灼减后的主要成分为Al2O383-90％，SiO25-8％，TiO22-5％，粒度为10-30mm；碳素材料是煤或焦炭或石墨，固定C为75-85％，灰分为10-20％，粒度为1-5mm；铁屑中Fe含量为75-85％，长度为10-200mm；锆英砂中ZrO2为64-67，粒度为0.1-1mm；轻烧镁砂的主要成分为MgO 94-96％，CaO 0.3-1.5％，SiO2 0.3-1.5，粒度为0.1-1mm。
本发明的优点在于：
1、本发明以廉价易得的高铝矾土、轻烧镁砂和锆英砂代替工业氧化铝、高纯镁砂和氧化锆制备一种高性能、高附加值的新型优质合成原料。
2、用本发明制备的电熔锆刚玉尖晶石具有良好的特性，其化学成分为：Al2O3+ZrO2+MgO＞98％，MgO 6-10％，ZrO23-8％。相组成为：刚玉、尖晶石、单斜锆。体积密度大于3.3％，显气孔率小于5％。可广泛用于生产高温工业用的各种制品。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不局限于下列实施例。
实施例1
原料：高铝矾土：Al2O3 89.65％，SiO2 3.93％，TiO2 4.12％，粒度10mm-30mm；锆英砂：ZrO2含量65.5％，粒度0.1mm；轻烧镁砂：MgO含量95.3％，CaO 1.3％，SiO2 1.0％，粒度为0.2mm；无烟煤：固定C为75％？，灰分10％，粒度2mm；石墨块：固定C为80％，粒度2mm；铁屑：Fe含量为76％，长度5-20mm。
制备方法：
将高铝矾土100kg，无烟煤7.0kg，铁屑8kg混合均匀。用此混合料铺炉底20kg，加1kg石墨块(粒度＜25mm)，0.5Kg铁屑，电压90V起弧。然后分批加入混合料熔炼，在约2100℃高温下还原熔炼60分钟，脱除矾土中的二氧化硅、二氧化钛和杂质，使刚玉熔液中Al2O3含量大于98％。通过沾棍观察此阶段的熔炼情况；
控制电弧炉电压在125V，将锆英砂8kg，焦炭颗粒1.2kg混合均匀，埋弧条件下，分批将该混合料加到上述刚玉熔液中熔炼，除去锆英砂中的二氧化硅，使熔液中Al2O3+ZrO2含量大于98％；
保持电压125V不变，电极稍微脱离液面，呈氧化熔炼状态，使熔液温度在2300℃以上，加入轻烧镁砂7.2kg；
将电压保持在125V，使电极稍微脱离液面，2200-2500℃高温氧化状态下，呈长电弧状态，精炼40分钟，倒出冷却，即得产物。
所得锆刚玉尖晶石化学成分(质量百分比)及物理性能如下： Al2O3 MgO ZrO2体积密度(g/cm3)显气孔率(％) 87.76 6.89 3.57％3.414.50
实施例2：
原料：高铝矾土：Al2O3 89.6 5％，SiO2 7.90％，TiO2 4.12％，粒度20mm；石墨：固定C为80％，粒度3mm；铁屑：Fe含量为80％，长度100mm？；锆英砂：ZrO2含量67％，粒度0.5mm；轻烧镁砂：MgO含量94.5％，CaO0.5％，SiO2 1.5％，粒度为0.6mm。
制备过程同实施例1。
将焦炭颗粒6kg换成石墨颗粒5.5kg。
a步骤电压控制在100V，温度2200℃；b步骤电压控制在130V；c步骤电压控制在130V，温度2400℃以上；d步骤电压和温度同c，精炼50分钟。
所得锆刚玉尖晶石化学成分(质量百分比)及物理性能如下： Al2O3 MgO ZrO2体积密度(g/cm3)显气孔率(％) 88.10 6.74 3.42％3.434.10
实施例3：
原料：高铝矾土：Al2O3 85％，SiO2 5.60％，TiO2 3.12％，粒度28mm；无烟煤：固定C为85％？，灰分15％，粒度5mm；石墨块：固定C为85％，粒度3mm；铁屑：Fe含量为85％，长度180mm；锆英砂：ZrO2含量66％，粒度1mm；轻烧镁砂：MgO含量96％，CaO 1.0％，SiO2 1.5％，粒度为0.8mm。
制备过程同实施例1。
将轻烧镁砂加入量7.2kg改为11kg。
a步骤电压控制在110V，温度2200℃；b步骤电压控制在135V；c步骤电压控制在135V，温度2450℃以上；d步骤电压和温度同c，精炼60分钟。
所得锆刚玉尖晶石化学成分(质量百分比)及物理性能如下： Al2O3 MgO ZrO2体积密度(g/cm3)显气孔率(％) 87.24 9.34 3.30％3.374.80