氧化锆在耐火材料上的应用
氧化锆
22m31700℃氧化锆制品梭式窑设计计算说明书专业班级：材料0903班姓名学号：赵春阳23#指导教师：高里存摘要：梭式窑也称往复窑或台车式窑，是从传统的倒焰窑演变而来，在烧制小批量、高附加值、高科技陶瓷产品以及实验室规模或试验规模陶瓷新产品的小试、中试等方面有一定的优势。
本次设计的22m3氧化锆制品梭式窑，最高烧成温度为1700℃，内高1.2米，内宽2.436米，采用60度的拱中心角，窑体总长度为8.26米。
窑墙由三种耐火材料组成，从内到外分别为刚玉砖、轻质硅砖、红砖，厚度分别为232mm、580mm、232mm。
窑顶从内到外分别为刚玉砖、泡沫氧化铝砖、高炉矿渣和红砖，厚度分别为272mm、136mm、108mm、53mm。
选用3个长为2.5米的窑车，设置3对先进的高速调温烧嘴，高速调温烧嘴采用立体交错的方式布置在窑体的侧墙上，在窑体高度方向上，高速烧嘴往往是设置在梭式窑的偏上部，这样的布置就在窑内形成一个循环旋转气流，使气流温度分布更均匀。
关键词：氧化锆，梭式窑，窑墙，窑顶，烧嘴目录1窑体结构及主要尺寸的设计计算 (4)1.1梭式窑内高的确定 (4)1.2梭式窑内宽的确定 (4)1.3拱中心角的选择 (4)1.4梭式窑总长度的确定 (4)2窑体砌筑体的设计 (5)2.1砌筑体材质的选择 (5)2.1.1窑墙 (5)2.1.2窑顶 (5)2.1.3窑车 (5)2.2砌筑体尺寸的确定 (6)2.2.1窑墙尺寸的确定 (6)2.2.2窑顶尺寸的确定 (7)2.3膨胀缝 (8)2.4砌砖数量的确定 (9)2.5加砂管 (9)3燃料燃烧计算及燃料设备的选择 (9)3.1燃烧计算 (9)3.2烧嘴的选型及布置设计计算 (12)4小结 (13)参考文献 (13)梭式窑是从传统的倒焰窑演变而来，故而属于“间歇式”或“半连续式”窑型。
在陶瓷烧成以及耐火材料烧成方面，尽管目前大规模工业化生产使用的窑炉是隧道窑以及更为先进的辊道窑，但是由于梭式窑对所烧成制品的适应性较强，可以适应不同尺寸、不同形状、不同材质制品的烧成，所以它特别适合于小批量、多品种产品的生产，使其满足市场多样化的需求。
钇稳定氧化锆的用途
钇稳定氧化锆的用途
钇稳定氧化锆是一种高科技材料，由无色、透明的氧化锆和少量
的钇元素组成。
这种材料因其特殊的性质，在许多领域都有广泛的应用。
一、核燃料工业
在核燃料工业中，氧化锆具有非常重要的地位。
它作为一种燃料包覆
材料，被广泛地用于核燃料元件的制造中。
钇稳定氧化锆具有较高的
热稳定性和热导率，能够有效地抵抗高温和辐照的损害，保证核燃料
元件的安全性和可靠性。
二、生物医学工业
作为一种无毒、无害的材料，钇稳定氧化锆在生物医学工业中有着广
泛的应用。
它可以作为人造骨骼材料，与组织相容性好，不会引起免
疫反应。
此外，钇稳定氧化锆还可以用于制作医疗器械，如人工骨头、人工韧带、人工关节等。
三、制造领域
钇稳定氧化锆还可以用于制造高温陶瓷、电子陶瓷和玻璃陶瓷等材料。
由于钇稳定氧化锆的热传导性能好，能够有效地抵抗高温和热应力，
因此在这些领域有着广泛的应用。
四、化工领域
钇稳定氧化锆还可以用于制造化工催化剂和反应器。
在化学反应过程中，钇稳定氧化锆作为催化剂具有良好的活性和选择性，能够提高反
应速度和收率。
总之，钇稳定氧化锆是一种具有广泛用途的高科技材料。
在核燃
料工业、生物医学工业、制造领域和化工领域都有着重要的应用。
它
的发展，将为许多领域带来诸多好处和便利。
氧化锆
7.3.2 氧化锆陶瓷
TZP PSZ FSZ
7.3.2.1 氧化锆晶体结构与相结构
m-ZrO2 (5.65) 1000℃ t-ZrO2(6.10) 2370℃ c-ZrO2(6.27)
2000
C
T 1000
99％ZrO2 950℃预烧
T+C
M
M+C
1000
1200
图7.3 ZrO2的差热分析曲线
7.3.2.3 稳定氧化锆制备
为了改善工艺性能可以采用在不同温度下稳定化的混合粉为原料，例如 将高于1700℃稳定的粉料与1450℃稳定的粉料混合，加入适当的粘合剂，采 用注浆成型后在中性或者氧化性气氛下1650℃－1850℃保温2－4hr烧成，粗 颗粒多则体积收缩小，细颗粒多，则产品密度高。有时为了降低烧结温度， 加入Al2O3。 由于稳定氧化锆具有很高的膨胀系数，为了提高制品的抗热震性，有时 加入部分稳定的氧化锆或在稳定的氧化锆中加入未稳定的氧化锆配料。
氧化锆陶瓷刀具
氧化锆陶瓷刀具具有高强度、耐磨损、无氧化、不生锈、耐酸碱、防静电、 不会与食物发生反应的特点，同时刀体光泽如玉，是当今世界理想的高科技绿色 刀具，目前市场主要产品有：氧化锆陶瓷餐刀、剪刀、剃须刀、手术刀等，近几 年在欧、美、日、韩等地已开始流行。
7.3.2.5 部分稳定的氧化锆
粉末制备工艺： 部分稳定氧化锆对原料颗粒有较严格的要求，一般用液相法制备粉末 氧化钇含量一般3～4mol％。
密度 抗热震温差ΔT/℃
5.75 300
5.7 500
部分稳定氧化锆陶瓷的制备 采用高纯超细粉末，含3-4的Y2O3稳定剂，经造粒、成型、在空气 或者氧化气氛下1450-1700℃烧结，为了防止晶粒长大，尽可能采 用较低的烧结温度。温度过低成瓷性能差，温度过高变形大，韧性 差。
2024年合成立方氧化锆市场分析现状
2024年合成立方氧化锆市场分析现状概述合成立方氧化锆（Cubic Zirconia，CZ）是一种人造宝石，也被称为合成氧化锆或人造钻石。
由于其外观与天然钻石相似，并且价格相对较低，合成立方氧化锆在珠宝和工业领域中得到了广泛应用。
本文将对合成立方氧化锆市场的现状进行分析。
市场规模合成立方氧化锆市场在过去几年中呈稳步增长的趋势。
据市场调研公司的数据显示，合成立方氧化锆市场的规模在2019年达到了X亿美元，并预计在未来几年内将保持每年X%的增长率。
这一增长主要得益于合成立方氧化锆的广泛应用领域和不断增长的消费者需求。
应用领域珠宝在珠宝行业中，合成立方氧化锆的应用越来越受欢迎。
由于其高度相似的外观与钻石，合成立方氧化锆被用作替代品，使得价格更加亲民。
此外，合成立方氧化锆还可用于设计师珠宝的创作，以提供多样化的选择。
珠宝行业对合成立方氧化锆的需求将继续增长。
钢铁合成立方氧化锆在钢铁行业中的应用也日益增多。
由于其高熔点和优异的耐火性能，合成立方氧化锆在耐火材料制造中被广泛使用。
此外，合成立方氧化锆在钢铁生产过程中也可以用作温度测量材料。
钢铁行业的快速发展将推动合成立方氧化锆市场的增长。
陶瓷合成立方氧化锆在陶瓷制造中具有重要作用。
由于其高硬度和耐磨性，合成立方氧化锆被广泛用于陶瓷刀具和磨料制造中。
此外，合成立方氧化锆还可以用于陶瓷材料的增强和改良。
随着陶瓷行业的发展，合成立方氧化锆的需求将不断增长。
市场竞争合成立方氧化锆市场竞争激烈，存在许多全球和地区性的供应商。
一些国际知名的合成立方氧化锆制造商在市场上占据主导地位，如XX、YY等。
此外，一些地区性的制造商也在他们的本地市场上蓬勃发展。
市场竞争的加剧将推动合成立方氧化锆产品的创新和质量提高。
市场趋势技术创新合成立方氧化锆市场将继续受益于不断的技术创新。
新的合成方法和制备技术将改进合成立方氧化锆的质量和生产效率。
此外，与其他材料的复合以及功能性改良也是市场的趋势之一。
锆石主要成分
锆石主要成分
锆石是一种常见的矿物，其主要成分是氧化锆（ZrO2）。
锆石有很高的硬度和密度，是一种重要的宝石和工业材料。
锆石的化学组成主要是氧化锆，也含有少量的其他元素，如铪、钛、铁等。
其中，锆的含量通常在65-85%之间，铪的含量在0.5-3%之间。
锆石的颜色多样，可以是透明、无色的，也可以是黄色、红色、绿色等各种颜色。
锆石具有很高的折射率和折射率色散，使其成为宝石加工和首饰制作的理想材料。
透明无色的锆石经过切割和打磨后，可以制成各种形状的宝石，如钻石形、椭圆形、心形等。
由于锆石的价格相对较低，所以它经常被用作替代钻石的材料。
除了作为宝石，锆石还有广泛的工业应用。
由于锆石具有很高的熔点和耐腐蚀性，它可以用于制作耐火材料、玻璃加工工具、陶瓷材料等。
锆石还可以用作核燃料包覆材料，由于其稳定性和耐高温性能，被广泛应用于核电站中。
锆石还具有一些特殊的物理特性，如放射性衰变和发光性能。
某些锆石样品会发出微弱的放射线，可以用于放射性测量和地质年代学研究。
此外，锆石还可以通过外部辐射激发而发光，这种发光现象被称为磷光。
锆石的磷光性能使其在宝石鉴定和矿石勘探中具有重要的应用价值。
总结起来，锆石的主要成分是氧化锆，它具有多种颜色和形状，可以用作宝石和工业材料。
锆石具有高硬度、高密度、高折射率和折射率色散，广泛应用于宝石加工、首饰制作、耐火材料、核燃料包覆材料等领域。
锆石还具有放射性衰变和发光性能，被广泛用于放射性测量、地质年代学研究、矿石勘探等。
锆石在科学研究和工业应用中发挥着重要的作用。
氧化锆使用温度范围
氧化锆使用温度范围
氧化锆是一种重要的陶瓷材料，具有优良的高温性能。
它的使用温度范围广泛，可以适应各种工业领域的需求。
在常温下，氧化锆具有良好的物理和化学稳定性。
它可以承受高达2500摄氏度的极高温度，而不会发生形变或熔化。
这使得氧化锆在高温炉、熔融玻璃窑等高温环境中得到了广泛应用。
此外，氧化锆的热膨胀系数与许多金属接近，因此可以与金属材料进行良好的连接，提高了其在高温环境下的应用性能。
氧化锆在高温下具有优异的化学惰性。
它不易与其他物质发生反应，即使在高温、高压、强酸、强碱等恶劣条件下，也能保持其稳定性。
这使得氧化锆在化学工业中被广泛应用于制造耐腐蚀设备和化学反应容器。
例如，氧化锆可以用于制造高温炉中的炉膛、炉门和炉衬等部件，以及耐腐蚀的反应器和管道。
氧化锆在高温环境下还具有优异的机械性能。
它的强度和硬度都很高，可以耐受高温下的压力和摩擦。
因此，在航空航天、能源、机械制造等领域中，氧化锆被广泛应用于制造高温部件和耐磨损零部件。
例如，它可以用于制造高温涡轮叶片、燃烧室衬板和气体涡轮引擎等关键部件。
氧化锆具有广泛的使用温度范围，可以适应各种高温环境下的需求。
其优异的高温性能使其成为许多工业领域中不可或缺的材料。
无论
是在高温炉中还是在化学反应器中，氧化锆都能稳定运行，为各行各业的发展提供了坚实的支撑。
氧化锆材料的应用领域
氧化锆材料的应用领域
氧化锆材料可以应用于以下领域：
1.高温结构材料：氧化锆材料的高耐热性能、抗化学侵蚀性能和高强度等特点使其成为高温结构材料的优选选材。
2.生物医疗：氧化锆材料具有优异的生物相容性和抗腐蚀性能，适用于人造关节、种植牙、植入物等医疗器械。
3.电子陶瓷：氧化锆材料具有高介电常数、低介电损耗和高绝缘强度等特点，能够应用于多种电子陶瓷制品中。
4.磨料磨具：氧化锆材料具有高硬度、高强度和良好的耐磨性，能够用于制造高效磨料磨具。
5.防弹材料：氧化锆材料的高硬度和高韧性使其成为用于制造防弹材料的理想材料之一。
6.其他领域：氧化锆材料还可应用于航空航天、制陶、涂料、纺织、催化剂等领域。
二氧化锆的稳定性及其应用
二氧化锆具有良好的热稳定性及化学稳定性， 优良的高温导电性及较高的高温强度和韧性，良好 的稳定性和抗腐蚀性，是目前发展迅速的特种陶瓷 的重要原料。可用于生产高温结构陶瓷、电子陶瓷 和生物陶瓷等。近些年来，随着科学技术的发展， 特别是电子技术、空间技术和计算机技术的发展， 一些特殊性能的陶瓷材料应运而生，并得以迅速发 展。氧化锆陶瓷即为其中非常重要的一种。
ｓｏｌｉｄ ｐｈａｓｅ ｍｅｔｈｏｄ
烷氧化合物加水分解法工艺流程如图 ６ 所示。 这种方法在锆和稳定剂苯、异丙醇等有机溶剂的溶
３．３ 中和共沉淀法
中和共沉淀法是将碱溶液加入到稳定剂的可溶 盐与锆盐的混合溶液中，形成共沉淀，通过过滤、 干燥、煅烧得到稳定型二氧化锆粉体。此方法能使 稳定剂均一地分散于二氧化锆微粉中，如能找到合 适的分散剂，则可克服粉末易团聚的缺点。工艺流
沫陶瓷可用于高温合金的过滤。在连续铸钢生产 中，用泡沫陶瓷过滤钢水，取得了良好的净化效 果，能有效去除非金属夹杂［ ６ ］ 。
状为球形、粉体单分散性能优异的 ＺｒＯ（２ Ｙ２Ｏ３）粉 体， 并能控制粉体粒子大小及形状。但生产能力
（ ２） 由于稳定型二氧化锆抗腐蚀、抗热震性 能好，在氧化气氛中十分稳定，还原气氛中也相
熔法和二次电熔法 ２ 种［３］。 一次电熔法是将锆英石、碳粉和稳定剂按一定
斜相向四方相转变时，会使体积收缩 ５％，而当温 的配比，放入混料机中充分混合，混合料经电弧炉
度降低由四方相向单斜相转变时会使体积膨胀 ８％， 电熔脱硅处理，骤冷，再经破碎、热处理后便可制
存在的 ３ 种相结构，其热膨胀是不一样的。
小， 制备周期长， 工艺条件苛刻， 需要昂贵的金 当稳定。因而可用做特种耐火材料铸口，用做熔
程如图 ４ 所示。
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氧化锆在耐火材料中的应用
在科技高速发展的形势下，制取耐高温，康复师，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。
耐火材料的特点如下：
1.力学性质
特种耐火材料的弹性模量都大。
大多数具有较高的机械强度，但与金属材料相比，由于脆性，抗冲击强度甚低。
绝大多数的特种耐火材料具有较高的硬度，因此耐磨，耐气流或尘粒冲刷性比较好。
大多数特种耐火材料的高温蠕变都比较小，最大的是二硅化钼。
蠕变值的大小与结晶尺寸，晶界物质，气孔率等有关系。
2.热学性质
(1)热膨胀性：热膨胀性指材料的线度和体积温度升降发生可逆性增减的性能。
常以线膨胀数或体积膨胀系数表示。
大多数特种耐火材料的线膨胀系数都比较大，仅有熔融石英，氧化硼，氧化硅的线膨胀系数比较小。
3.使用性质
(1)耐火性：特种耐火材料的熔点几乎都在2000℃以上，最高的碳化铪(HfC)和碳化钽(TaC)为3887℃和3877℃。
耐火度也很高，在氧化气氛中，氧化物的使用温度甚至接近熔点。
氮化物，硼化物，碳化物在中性或还原性气氛中比氧化物有更高的使用温度，例如TaC在N2气氛中可使用到3000℃，BN在Ar气氛中可使用到2800℃。
耐高温性能依次为：碳化物＞硼化物＞氮化物＞氧化物。
而它们的高温抗氧化性为：氧化物＞硼化物＞氮化物＞碳化物。
(2)抗热震性：在特种耐火材料中，由于氧化铍的热导率低，大多数硼化物的热导率也不高，熔融石英的线膨胀系数特别小，所以抗热震性很好。
某些纤维制品及纤维增强复合制品有较高的气孔率及抗张强度，这些材料的抗热震性比较好。
碳化硅，氮化硅，氮化硼，二硅化钼等也有较好的抗热震性。
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（VK-R30）是用温度高（2300℃~2400℃），化学稳定性好，不易分解，抗酸碱炉渣侵蚀性强，是良好的特种氧化物耐火材料。
纳米二氧化锆（VK-R30）为无毒无味白色粉末，因烧结温度及添加氧化钇等稳定物含量的不同可分为单斜相、四方相和立方相三种，溶于硫酸、氢氟酸。
纳米氧化锆分散性好,具有良好的热化学稳定性、高温导电性和较高的强度和韧性，机械、热学、电学、光学性质良好，纳米氧化锆粒径小、稳定性强，具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐高温的性能。
氧化锆（VK-R30）耐火材料指以氧化锆为主要成分的制品。
目前国内这类耐火材料对氧化锆的要求集中在 ZrO2一CaO，ZrO2一MgO，ZrO2一Y203三个系列，其中 Z 一CaO使用量最大。
氧化锆耐火材料制品的质量水平在很大程度上取决于原料，氧化锆原料的化学成分决定了材料可能的晶体结构和制品的化学稳定性，原料的粒度控制基本决定了制品的使用性能，原料的制备工艺决定了原料的晶体结构和杂质含量。
氧化锆在耐火材料中的作用
(1)良好的化学稳定性，延长 Fe等金属离子对耐火材料制品的侵蚀。
(2)改善材质的性能，提高耐火材料制品的热稳定性。
(3)可根据复合项的不同性能，优选生产工艺提高耐火材料制品的性能和降低生产成本。
氧化锆耐火材料的几种应用：
（1）氧化锆坩埚
氧化锆的熔点高达2700℃，即使加热到1900多摄氏度也不会与熔融的铝、铁、镍、铂等金属，硅酸盐和酸性炉渣等发生反应，所以用氧化锆材料制作的坩埚能成功地熔炼铂、钯、钌、铯等铂族贵金属及其合金，亦可用来熔炼钾、钠、石英玻璃以及氧化物和盐类等。
（2）氧化锆耐火纤维
氧化锆纤维是唯一一种能够在1600℃以上超高温环境下长期使用的陶瓷纤维耐火材料，具有比氧化铝纤维、莫来石纤维、硅酸铝纤维等更高的使用温度和更好的隔热性能，并且高温化学性质稳定、耐腐蚀、抗氧化、不易挥发、无污染。
（3）氧化锆窑炉材料
氧化锆作为耐火材料主要用在大型玻璃池窑的关键部位，早期使用的锆质耐火材料，其氧化锆含量仅为33%~35%,日本旭硝子公司研制成功含氧化锆94%~95%的锆质耐火材料，将其使用在玻璃窑顶部和关键部位，大大提高了玻璃窑的寿命。