一種澆注料用骨料及其制備方法與流程

本發明涉及耐火材料領域，具體涉及一種澆注料用骨料及其制備方法。

背景技術：

耐火材料是人類利用熱能所不可缺少的材料，被廣泛地用于鋼鐵及有色金屬冶金工業、機械制造工業、建材工業、陶瓷、玻璃工業、化學及石油工業、電子工業及窯爐等工業。在不定形耐火材料中，骨料占近70％比例，使用量非常大，而大部分不定形耐火材料的使用環境溫度高達1500℃以上，需要使用耐火度較高的高純骨料，例如板狀剛玉、電熔白剛玉等，由于目前節能環保，資源節約等新型政策的開放，使得大量原料價格逐步上揚，開發新型原料已經成為目前不可避免的趨勢。

隨著鋼鐵行業節能降耗的不斷推進，原料輕量化成為一個新的發展方向。考慮到鎂砂的世界礦藏量巨大，價格低廉，體積密度低于板狀剛玉、電熔剛玉等原料，但易出現高溫反應膨脹大、易水化開裂等問題，因此希望以鎂砂作為載體發展一種性能穩定、體積密度低的新型骨料，同時做到資源節約、成本降低和使用性能優化等。

技術實現要素：

本發明提供了一種澆注料用骨料及其制備方法，所述骨料性質穩定、體積密度低、使用性能優越、原料豐富，可以有效地節約原料，降低澆注料成本，優化澆注料使用性能。

一種澆注料用骨料，所述骨料為核殼結構，其中核為鎂砂顆粒，殼層為cr2o3、al2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金屬氧化物中的至少一種，核與殼層之間為鎂砂顆粒與殼層原料在高溫下反應生成的過渡層。

本發明提供的骨料近似為核殼結構，核與殼分別采用不同的材質，且核與殼之間通過過渡層進行過渡，在化學成分以及物相組成上呈現梯度變化。

殼層采用氧化物，氧化物為cr2o3、al2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金屬氧化物中的一種或多種。

作為優選，若殼層采用一種材質，殼層為cr2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金屬氧化物中的一種；若殼層采用至少兩種材質，殼層為cr2o3、al2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金屬氧化物中的至少兩種。兩種不同的稀土金屬氧化物認為是兩種材質。

作為優選，若殼層采用至少兩種材質，其中一種為al2o3，其余為cr2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金屬氧化物中的至少一種。

作為優選，所述稀土金屬氧化物采用y2o3、ce2o3、la2o3。

所述骨料的體積密度相對較小，可有效的降低耐火材料重量，減輕施工壓力，降低使用成本。

作為優選，所述鎂砂顆粒的體積密度≤3.5g/cm³。

作為優選，所述高溫為1100℃～1900℃。在高溫下，鎂砂顆粒中的mgo與殼層原料采用的氧化物反應，生成過渡層。溫度根據殼層原料的不同而不同，所選溫度至少保證mgo能夠與殼層原料發生氧化反應。

在高溫下的反應時間，依據殼層原料、以及所需骨料性能不同進行調整。

過渡層的性質與核以及殼層都不同，一方面能夠對核和殼層起到有效的連接作用；另一方面，也可優化骨料的性能，過渡層及殼層主要形成尖晶石等固溶體，根據不同的場合需求可以使用在不同的區域，同時固溶體作為復相存在，可在一定程度上提高材料的抗熱震性能。

本發明還提供了一種所述的澆注料用骨料的制備方法，包括以下步驟：

在鎂砂顆粒表面覆著殼層原料漿體，在1100℃～1900℃溫度下燒成3～10h，得到所述的骨料。

鎂砂顆粒的粒徑根據需要進行選擇，例如，15-10mm、10-5mm、5-3mm或其他需要的粒度分布，所述鎂砂的化學成分：mgo≥90％，sio2≤4.5％，cao≤2.0％，酌減≤0.40％。

所述覆著可以采用掛漿、涂覆或渦輪攪拌等方式。所述燒成可以在匣缽隧道窯或回轉窯中進行。

為了提高鎂砂顆粒的表面活性，優選地，所述鎂砂顆粒的表面經過活化處理。所述活化處理采用以下方式中的至少一種：

a、提高鎂砂顆粒的表面粗糙度；

b、降低制備鎂砂顆粒時的燒成溫度。

提高表面粗糙度可以采用機械打磨的方式，降低鎂砂顆粒的表面粗糙度，提高鎂砂顆粒的表面活性。

降低制備鎂砂顆粒時的燒成溫度，可以增加鎂砂顆粒上活性基團的數量，提高鎂砂顆粒的表面活性。

作為優選，所述鎂砂顆粒粒徑≥0.5mm。

作為優選，所述漿體由殼層原料粉體分散在水中得到。

殼層原料粉體的粒徑不易過大，作為優選，所述殼層原料粉體中至少90％質量分數的粉體可通過325目(泰勒制)篩網。

殼層原料粉體的粒徑小，可以增加比表面積，增加與mgo的反應幾率。作為優選，所述殼層原料漿體中殼層原料粉體的質量分數為15～60％。

殼層原料漿體的濃度一方面影響掛漿的效果，另一方面也會影響燒成后的殼層的物相結構。進一步優選，殼層原料漿體中殼層原料粉體的質量分數為30～60％。再優選，殼層原料漿體中殼層原料粉體的質量分數為30～50％。

作為優選，所述鎂砂顆粒表面殼層原料漿體的附著厚度為0.1～5mm。進一步優選，所述鎂砂顆粒表面殼層原料漿體的附著厚度為0.5～4mm。再優選，所述鎂砂顆粒表面殼層原料漿體的附著厚度為1～3mm。

殼層原料漿體的覆著厚度直接影響燒成后殼核結構各組成部位的物相發育情況，因此，涂覆厚度需要適宜，可以根據實際使用的需要對涂覆厚度進行調節，以滿足不同場合的性能需求。

本發明提供的澆注料用骨料，性質穩定、體積密度低、使用性能優越、原料礦藏量大，可以有效地節約原料，降低澆注料成本，優化澆注料使用性能。

附圖說明

圖1為本發明澆注料用骨料的結構示意圖；

圖2a為試樣c6的抗渣結果照片；

圖2b為試樣b的抗渣結果照片。

具體實施方式

實施例1

一種澆注料用骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將cr2o3粉體和al2o3粉體以1:10的重量比分散在水中配制成漿體，漿體中粉體的總質量分數為25％，且全部粉體中90％質量分數的粉體可通過325目篩網。

(2)采用掛漿的方式在鎂砂顆粒表面覆著含有cr2o3和al2o3的漿體，即將鎂砂顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在鎂砂顆粒表面裹覆一層含有cr2o3和al2o3的漿體，漿體層的厚度約為0.8mm。

(3)將裹有cr2o3和al2o3漿體層的鎂砂顆粒置于匣缽，隧道窯中1750℃溫度下燒成5h，即得到骨料。

性能表征

化學成分檢測

如圖1所示，本實施例中骨料分為三層，由內至外依次為核c、過渡層b和殼層a，其中，殼層主要是對核起到抗渣抗侵蝕的保護作用，過渡層主要是核與殼層的混合成分，起到過渡作用對核進行包裹。將核、過渡層和殼層分離，分別進行化學檢測，檢測結果如表1所示。

表1

核為典型的鎂砂骨料化學成分，過渡層為氧化鎂、氧化鋁及氧化鉻，殼層主要為氧化鎂、氧化鋁及氧化鉻。

物相分析

對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行物相檢測，檢測結果如表2所示。

表2

核為典型的鎂砂礦物相方鎂石，殼層為鎂鋁鉻尖晶石固溶體，過渡層的主晶相為鎂鋁鉻尖晶石。

核、過渡層、殼層具有不同的化學成分和物相組成，表現出不同的使用性能。

實施例2

一種澆注料用骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將cr2o3粉體分散在水中配制成漿體，漿體中cr2o3粉體的質量分數為25％，且cr2o3粉體中90％質量分數的粉體可通過325目篩網。

(2)采用掛漿的方式在鎂砂顆粒表面覆著cr2o3漿體，即將鎂砂顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在鎂砂顆粒表面裹覆一層cr2o3漿體，漿體層的厚度約為0.8mm。

(3)將裹有cr2o3漿體層的鎂砂顆粒置于匣缽，隧道窯中1750℃溫度下燒成5h，即得到骨料。

性能表征

化學成分檢測

骨料結構同實施例1，對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行化學檢測，檢測結果如表3所示。

表3

核為典型的鎂砂骨料化學成分，過渡層主要為氧化鎂及氧化鋁鉻，殼層主要為氧化鎂及氧化鋁鉻。

物相分析

對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行物相檢測，檢測結果如表4所示。

表4

核為典型的鎂砂礦物相方鎂石，過渡層主晶相為鎂鉻尖晶石及方鎂石，殼層為鎂鉻尖晶石。

實施例3

一種澆注料用骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將zro2粉體和al2o3粉體以1:10的重量比分散在水中配制成漿體，漿體中粉體的總質量分數為25％，且全部粉體中90％質量分數的粉體可通過325目篩網。

(2)采用掛漿的方式在鎂砂顆粒表面覆著含有zro2和al2o3的漿體，即將鎂砂顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在鎂砂顆粒表面裹覆一層含有zro2和al2o3的漿體，漿體層的厚度約為0.8mm。

(3)將裹有zro2和al2o3漿體層的鎂砂顆粒置于匣缽，隧道窯中

1750℃溫度下燒成5h，即得到骨料。

性能表征

化學成分檢測

骨料結構同實施例1，對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行化學檢測，檢測結果如表5所示。

表5

核為典型的鎂砂骨料化學成分，過渡層主要為鎂鋁鋯氧化物，殼層主要為鎂鋁鋯氧化物。

物相分析

對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行物相檢測，檢測結果如表6所示。

表6

核為典型的鎂砂礦物相方鎂石，過渡層的主晶相為鎂鋁鋯尖晶石及鎂鋁尖晶石，殼層主要為鎂鋁鋯尖晶石及鎂鋁尖晶石，還有少量氧化鋁及氧化鋯。

實施例4

一種澆注料用骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將tio2粉體和al2o3粉體以1:9的重量比分散在水中配制成漿體，漿體中粉體的總質量分數為25％，且全部粉體中90％質量分數的粉體可通過325目篩網。

(2)采用掛漿的方式在鎂砂顆粒表面覆著含有tio2和al2o3的漿體，即將鎂砂顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在鎂砂顆粒表面裹覆一層含有tio2和al2o3的漿體，漿體層的厚度約為0.8mm。

(3)將裹有tio2和al2o3漿體層的鎂砂顆粒置于匣缽，隧道窯中1750℃溫度下燒成5h，即得到骨料。

性能表征

化學成分檢測

骨料結構同實施例1，對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行化學檢測，檢測結果如表7所示。

表7

核為典型的鎂砂化學成分，過渡層為鈦鎂鋁氧化物，殼層化學成分主要為氧化鋁、尖晶石及氧化鈦。

物相分析

對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行物相檢測，檢測結果如表8所示。

表8

核為典型的鎂砂礦物相方鎂石，過渡層的主晶相為尖晶石，殼層為尖晶石與氧化鋁。

實施例5

一種澆注料用骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將fe2o3粉體和al2o3粉體以1:30的重量比分散在水中配制成漿體，漿體中粉體的總質量分數為25％，且全部粉體中90％質量分數的粉體可通過325目篩網。

(2)采用掛漿的方式在鎂砂顆粒表面覆著含有fe2o3和al2o3的漿體，即將鎂砂顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在鎂砂顆粒表面裹覆一層含有fe2o3和al2o3的漿體，漿體層的厚度約為0.8mm。

(3)將裹有fe2o3和al2o3漿體層的鎂砂顆粒置于匣缽，隧道窯中1750℃溫度下燒成5h，即得到骨料。

性能表征

化學成分檢測

骨料結構同實施例1，對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行化學檢測，檢測結果如表9所示。

表9

核為典型的鎂砂化學成分，過渡層為鎂鋁鐵氧化物，殼層化學成分主要為鎂鋁鐵氧化物。

物相分析

對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行物相檢測，檢測結果如表10所示。

表10

核為典型的鎂砂礦物相方鎂石，過渡層的主晶相為鎂鋁尖晶石、鎂鋁鐵尖晶石，殼層為氧化鋁及鎂鋁尖晶石、鎂鋁鐵尖晶石。

實施例6

一種澆注料用骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將la2o3粉體和al2o3粉體以1:30的重量比分散在水中配制成漿體，漿體中粉體的總質量分數為25％，且全部粉體中90％質量分數的粉體可通過325目篩網。

(2)采用掛漿的方式在鎂砂顆粒表面覆著含有la2o3和al2o3的漿體，即將鎂砂顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在鎂砂顆粒表面裹覆一層含有la2o3和al2o3的漿體，漿體層的厚度約為0.8mm。

(3)將裹有la2o3和al2o3漿體層的鎂砂顆粒置于匣缽，隧道窯中

1750℃溫度下燒成5h，即得到骨料。

性能表征

化學成分檢測

骨料結構同實施例1，對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行化學檢測，檢測結果如表11所示。

表11

核為典型的鎂砂化學成分，過渡層為氧化鎂、氧化鋁及氧化鑭，殼層化學成分主要為氧化鎂、氧化鋁及氧化鑭。

物相分析

對本實施例中骨料的核、過渡層以及殼層進行分離，分別進行物相檢測，檢測結果如表12所示。

表12

核為典型的鎂砂礦物相方鎂石，過渡層的主晶相為尖晶石，殼層為尖晶石與α-氧化鋁。

應用對比

各試樣的重量份配比見表13、表14、表15，表13、表14、表15中，雙峰氧化鋁微粉的化學成分：al2o3≥99.3％，k2o+na2o≤0.10％；粒徑：d50≤3.2μm，d90≤10μm，雙峰分布；sio2微粉的粒徑：d50≤2μm；外加劑均采用聚羧酸減水劑。

以鎂砂為骨料的澆注料配比如表13所示，此試樣記為a。

表13

以板狀剛玉為骨料的澆注料配比如下表所示，此試樣記為b。

表14

以實施例1～6制備的骨料為骨料的澆注料配比如表15所示，試樣編號c1、c2、c3、c4、c5、c6分別為使用實施例1、2、3、4、5、6制備的骨料制作澆注料樣品。

表15

試樣的性能表征結果如表16所示。

表16

由表16可以看出，使用各實施例制備的骨料可以提高澆注料的使用性能，例如，在降低加水量的同時改善流動性，提高物理性能，同時可明顯改善澆注料抗渣性能等。

由圖2a和圖2b的抗渣結果照片對比來看，試樣c6的抗渣性能明顯優于試樣b。