氧化锆特种耐火材料在工业中的应用

  在科技高速发展的形式下，制取耐高温、抗腐蚀、高性能、高效益的新型材料，首先必须解决制取过程中所需要的耐火材料。而熔点高、化学稳定好，高温性能优良氧化物材料并不多。
  氧化锆使用温度高（2300℃~2400℃）、化学稳定好、不易分解、抗酸碱炉渣侵蚀性强，是极好的特种氧化物耐火材料，但价格较高。
  含氧化锆的天然原料有锆英石，其化学成分：ZrO2  64%~67%，SiO2  32%~35%；斜锆石虽然含95%~98%ZrO2比较高，但在世界上储量很少。锆英石和斜锆石是优质耐火原料。锆英石大部分为砂矿床，主要分布在美国、澳大利亚、印度、南非，国内分布在广东、广西、海南及山东等地，是提制化学氧化锆的主要原料。
  纯净的氧化锆是白色固体，含有杂质时会显现灰色或淡黄色，添加显色剂还可显示各种其他颜色。纯的氧化锆的分子量为123.22，理论密度是5.89g/cm3，熔点为2715℃。通常含有少量的氧化铪，难以分离，但是对于氧化锆的性能没有明显的影响。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转变为立方相。由于在单斜相向四方相转变时会发生较大的体积变化，冷却时又会向相反的方向发生较大的体积变化，容易造成产品的开裂，限制了纯氧化锆在高温领域的应用。但是添加稳定剂后，四方相可以在常温下稳定，因此在加热以后不会发生体积突变，大大拓展了氧化锆的应用范围。
 
一、高纯氧化锆制品
1.原料的合成及稳定
  我国高纯氧化锆原料大都采用化学分解法从锆英石原料中提纯制取，在锆英石中加入碱金属氧化物、经加热使锆英石分解，除去二氧化硅等杂质制成高纯氧化锆原料。
高纯氧化锆原料因在加热过程中有可逆的相变反应，从而产生较大的体积变化，无法生产出理想的制品，因此必须在高纯氧化锆中加入稳定剂制成晶形稳定的额，在加热时不产生体积突变的稳定氧化锆原料。
2.氧化锆砖
  高纯氧化锆砖是超高温窑炉极好的炉衬材料，使用温度超过2000℃（2000℃~2400℃），目前我国内广泛采用CaO为稳定剂。山东磊宝锆业科技股份有限公司生产的氧化锆空心球砖性能很好，氧化锆空心球制品完全由氧化锆空心球制得，有良好的高温强度和稳定的气孔结构，用于超高温设备中炉盖等部位的绝热材料，已用于中频高温炉、钼丝炉、钨棒炉、燃气炉、炭黑反应炉，不仅使用温度高，而且节能效果好。
3.炼钢用高纯氧化锆质滑板砖
  在钢厂连铸车间为了提高产能要求提高滑板砖的使用寿命，先推广应用抗钢水侵蚀和冲刷好的高纯氧化锆滑板砖，其理化性能要求：ZrO2＞94%；稳定剂加入量为3%~5%；体积密度为4.65~5.0g/cm3;显气孔率为15%~20%；常温耐压强度＞100MPa；热稳定性＞3次。
4.炼钢用锆质定径水口
  定径水口是钢厂在浇铸方坯时采用滑动水口装置中的水口转。
  滑动水口装置从概念提出到工业化实现用了近80年，这其中最主要的因素是材质不过关，它与塞棒系统比较优势明显。
（1）它装在钢包的外部，装卸方便，浇注安全，可以实现自动化；（2）可以提高钢包预热温度，减小钢水温度的降低，并能进行各种精炼处理；（3）可以精确控制浇铸速度；（4）加快了钢包的周转速度，减小急冷急热的影响，延长耐火材料的寿命。
  滑动水口装置中最核心的部件是滑板砖和嵌在其中的水口砖，在装置中一般均有上下滑板砖和上下水口砖，当上下水口砖重合是浇铸开始，上水口砖装在钢包底，它和上滑板砖是不动的，下水口砖长期泡在钢水中，而且相对不宜更换，对制品的要求高，期望寿命长。下水口主要控制浇钢速度和质量，对寿命要求低，下水口砖寿命可以达到8h或更长。
 
二、氧化锆陶瓷制品的应用
（1）熔炼稀有金属和贵金属用的坩埚；（2）油田用柱塞泵的泵芯、炼钢水平连铸分离环，超高温炉炉管等；（3）氧化锆微粉加工用的同介质研磨球；（4）锅炉、汽车用定氧仪探头的氧化锆管；（5）拉丝模具；（6）精密结构陶瓷、工具、轴承、弹簧等；（7）可以使用到2000℃的发热元件。
 
三、高纯氧化锆熔铸砖
  高纯氧化锆熔铸砖是抗玻璃液侵蚀最强的材料，主要用于低碱的硬硼玻璃、铝硅酸盐玻璃及GRC纤维玻璃的窑炉上。
 
  氧化锆耐火材料熔点高、化学稳定性好（适于各种气氛），保温效果好（导热系数低）虽然比较高，但在2000℃以上的高温炉中使用是其他氧化物材料无法取代的特种氧化物耐火材料。采用新技术和新工艺，可以制成适于各种特种用途的氧化锆制品。氧化锆制品应用面广，在科研、军工及各种工业部门需求量在不断扩大，是一种很有发展前途的特种耐火材料。

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