一种浇注料用骨料及其制备方法与流程

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种浇注料用骨料及其制备方法。

背景技术：

耐火材料是人类利用热能所不可缺少的材料，被广泛地用于钢铁及有色金属冶金工业、机械制造工业、建材工业、陶瓷、玻璃工业、化学及石油工业、电子工业及窑炉等工业。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环境温度高达1500℃以上，需要使用耐火度较高的高纯骨料，例如板状刚玉、电熔白刚玉等，由于目前节能环保，资源节约等新型政策的开放，使得大量原料价格逐步上扬，开发新型原料已经成为目前不可避免的趋势。

随着钢铁行业节能降耗的不断推进，原料轻量化成为一个新的发展方向。考虑到镁砂的世界矿藏量巨大，价格低廉，体积密度低于板状刚玉、电熔刚玉等原料，但易出现高温反应膨胀大、易水化开裂等问题，因此希望以镁砂作为载体发展一种性能稳定、体积密度低的新型骨料，同时做到资源节约、成本降低和使用性能优化等。

技术实现要素：

本发明提供了一种浇注料用骨料及其制备方法，所述骨料性质稳定、体积密度低、使用性能优越、原料丰富，可以有效地节约原料，降低浇注料成本，优化浇注料使用性能。

一种浇注料用骨料，所述骨料为核壳结构，其中核为镁砂颗粒，壳层为cr2o3、al2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金属氧化物中的至少一种，核与壳层之间为镁砂颗粒与壳层原料在高温下反应生成的过渡层。

本发明提供的骨料近似为核壳结构，核与壳分别采用不同的材质，且核与壳之间通过过渡层进行过渡，在化学成分以及物相组成上呈现梯度变化。

壳层采用氧化物，氧化物为cr2o3、al2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金属氧化物中的一种或多种。

作为优选，若壳层采用一种材质，壳层为cr2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金属氧化物中的一种；若壳层采用至少两种材质，壳层为cr2o3、al2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金属氧化物中的至少两种。两种不同的稀土金属氧化物认为是两种材质。

作为优选，若壳层采用至少两种材质，其中一种为al2o3，其余为cr2o3、zro2、tio2、fe2o3、稀土金属氧化物中的至少一种。

作为优选，所述稀土金属氧化物采用y2o3、ce2o3、la2o3。

所述骨料的体积密度相对较小，可有效的降低耐火材料重量，减轻施工压力，降低使用成本。

作为优选，所述镁砂颗粒的体积密度≤3.5g/cm³。

作为优选，所述高温为1100℃～1900℃。在高温下，镁砂颗粒中的mgo与壳层原料采用的氧化物反应，生成过渡层。温度根据壳层原料的不同而不同，所选温度至少保证mgo能够与壳层原料发生氧化反应。

在高温下的反应时间，依据壳层原料、以及所需骨料性能不同进行调整。

过渡层的性质与核以及壳层都不同，一方面能够对核和壳层起到有效的连接作用；另一方面，也可优化骨料的性能，过渡层及壳层主要形成尖晶石等固溶体，根据不同的场合需求可以使用在不同的区域，同时固溶体作为复相存在，可在一定程度上提高材料的抗热震性能。

本发明还提供了一种所述的浇注料用骨料的制备方法，包括以下步骤：

在镁砂颗粒表面覆着壳层原料浆体，在1100℃～1900℃温度下烧成3～10h，得到所述的骨料。

镁砂颗粒的粒径根据需要进行选择，例如，15-10mm、10-5mm、5-3mm或其他需要的粒度分布，所述镁砂的化学成分：mgo≥90％，sio2≤4.5％，cao≤2.0％，酌减≤0.40％。

所述覆着可以采用挂浆、涂覆或涡轮搅拌等方式。所述烧成可以在匣钵隧道窑或回转窑中进行。

为了提高镁砂颗粒的表面活性，优选地，所述镁砂颗粒的表面经过活化处理。所述活化处理采用以下方式中的至少一种：

a、提高镁砂颗粒的表面粗糙度；

b、降低制备镁砂颗粒时的烧成温度。

提高表面粗糙度可以采用机械打磨的方式，降低镁砂颗粒的表面粗糙度，提高镁砂颗粒的表面活性。

降低制备镁砂颗粒时的烧成温度，可以增加镁砂颗粒上活性基团的数量，提高镁砂颗粒的表面活性。

作为优选，所述镁砂颗粒粒径≥0.5mm。

作为优选，所述浆体由壳层原料粉体分散在水中得到。

壳层原料粉体的粒径不易过大，作为优选，所述壳层原料粉体中至少90％质量分数的粉体可通过325目(泰勒制)筛网。

壳层原料粉体的粒径小，可以增加比表面积，增加与mgo的反应几率。作为优选，所述壳层原料浆体中壳层原料粉体的质量分数为15～60％。

壳层原料浆体的浓度一方面影响挂浆的效果，另一方面也会影响烧成后的壳层的物相结构。进一步优选，壳层原料浆体中壳层原料粉体的质量分数为30～60％。再优选，壳层原料浆体中壳层原料粉体的质量分数为30～50％。

作为优选，所述镁砂颗粒表面壳层原料浆体的附着厚度为0.1～5mm。进一步优选，所述镁砂颗粒表面壳层原料浆体的附着厚度为0.5～4mm。再优选，所述镁砂颗粒表面壳层原料浆体的附着厚度为1～3mm。

壳层原料浆体的覆着厚度直接影响烧成后壳核结构各组成部位的物相发育情况，因此，涂覆厚度需要适宜，可以根据实际使用的需要对涂覆厚度进行调节，以满足不同场合的性能需求。

本发明提供的浇注料用骨料，性质稳定、体积密度低、使用性能优越、原料矿藏量大，可以有效地节约原料，降低浇注料成本，优化浇注料使用性能。

附图说明

图1为本发明浇注料用骨料的结构示意图；

图2a为试样c6的抗渣结果照片；

图2b为试样b的抗渣结果照片。

具体实施方式

实施例1

一种浇注料用骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将cr2o3粉体和al2o3粉体以1:10的重量比分散在水中配制成浆体，浆体中粉体的总质量分数为25％，且全部粉体中90％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在镁砂颗粒表面覆着含有cr2o3和al2o3的浆体，即将镁砂颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在镁砂颗粒表面裹覆一层含有cr2o3和al2o3的浆体，浆体层的厚度约为0.8mm。

(3)将裹有cr2o3和al2o3浆体层的镁砂颗粒置于匣钵，隧道窑中1750℃温度下烧成5h，即得到骨料。

性能表征

化学成分检测

如图1所示，本实施例中骨料分为三层，由内至外依次为核c、过渡层b和壳层a，其中，壳层主要是对核起到抗渣抗侵蚀的保护作用，过渡层主要是核与壳层的混合成分，起到过渡作用对核进行包裹。将核、过渡层和壳层分离，分别进行化学检测，检测结果如表1所示。

表1

核为典型的镁砂骨料化学成分，过渡层为氧化镁、氧化铝及氧化铬，壳层主要为氧化镁、氧化铝及氧化铬。

物相分析

对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行物相检测，检测结果如表2所示。

表2

核为典型的镁砂矿物相方镁石，壳层为镁铝铬尖晶石固溶体，过渡层的主晶相为镁铝铬尖晶石。

核、过渡层、壳层具有不同的化学成分和物相组成，表现出不同的使用性能。

实施例2

一种浇注料用骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将cr2o3粉体分散在水中配制成浆体，浆体中cr2o3粉体的质量分数为25％，且cr2o3粉体中90％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在镁砂颗粒表面覆着cr2o3浆体，即将镁砂颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在镁砂颗粒表面裹覆一层cr2o3浆体，浆体层的厚度约为0.8mm。

(3)将裹有cr2o3浆体层的镁砂颗粒置于匣钵，隧道窑中1750℃温度下烧成5h，即得到骨料。

性能表征

化学成分检测

骨料结构同实施例1，对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行化学检测，检测结果如表3所示。

表3

核为典型的镁砂骨料化学成分，过渡层主要为氧化镁及氧化铝铬，壳层主要为氧化镁及氧化铝铬。

物相分析

对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行物相检测，检测结果如表4所示。

表4

核为典型的镁砂矿物相方镁石，过渡层主晶相为镁铬尖晶石及方镁石，壳层为镁铬尖晶石。

实施例3

一种浇注料用骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将zro2粉体和al2o3粉体以1:10的重量比分散在水中配制成浆体，浆体中粉体的总质量分数为25％，且全部粉体中90％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在镁砂颗粒表面覆着含有zro2和al2o3的浆体，即将镁砂颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在镁砂颗粒表面裹覆一层含有zro2和al2o3的浆体，浆体层的厚度约为0.8mm。

(3)将裹有zro2和al2o3浆体层的镁砂颗粒置于匣钵，隧道窑中

1750℃温度下烧成5h，即得到骨料。

性能表征

化学成分检测

骨料结构同实施例1，对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行化学检测，检测结果如表5所示。

表5

核为典型的镁砂骨料化学成分，过渡层主要为镁铝锆氧化物，壳层主要为镁铝锆氧化物。

物相分析

对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行物相检测，检测结果如表6所示。

表6

核为典型的镁砂矿物相方镁石，过渡层的主晶相为镁铝锆尖晶石及镁铝尖晶石，壳层主要为镁铝锆尖晶石及镁铝尖晶石，还有少量氧化铝及氧化锆。

实施例4

一种浇注料用骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将tio2粉体和al2o3粉体以1:9的重量比分散在水中配制成浆体，浆体中粉体的总质量分数为25％，且全部粉体中90％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在镁砂颗粒表面覆着含有tio2和al2o3的浆体，即将镁砂颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在镁砂颗粒表面裹覆一层含有tio2和al2o3的浆体，浆体层的厚度约为0.8mm。

(3)将裹有tio2和al2o3浆体层的镁砂颗粒置于匣钵，隧道窑中1750℃温度下烧成5h，即得到骨料。

性能表征

化学成分检测

骨料结构同实施例1，对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行化学检测，检测结果如表7所示。

表7

核为典型的镁砂化学成分，过渡层为钛镁铝氧化物，壳层化学成分主要为氧化铝、尖晶石及氧化钛。

物相分析

对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行物相检测，检测结果如表8所示。

表8

核为典型的镁砂矿物相方镁石，过渡层的主晶相为尖晶石，壳层为尖晶石与氧化铝。

实施例5

一种浇注料用骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将fe2o3粉体和al2o3粉体以1:30的重量比分散在水中配制成浆体，浆体中粉体的总质量分数为25％，且全部粉体中90％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在镁砂颗粒表面覆着含有fe2o3和al2o3的浆体，即将镁砂颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在镁砂颗粒表面裹覆一层含有fe2o3和al2o3的浆体，浆体层的厚度约为0.8mm。

(3)将裹有fe2o3和al2o3浆体层的镁砂颗粒置于匣钵，隧道窑中1750℃温度下烧成5h，即得到骨料。

性能表征

化学成分检测

骨料结构同实施例1，对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行化学检测，检测结果如表9所示。

表9

核为典型的镁砂化学成分，过渡层为镁铝铁氧化物，壳层化学成分主要为镁铝铁氧化物。

物相分析

对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行物相检测，检测结果如表10所示。

表10

核为典型的镁砂矿物相方镁石，过渡层的主晶相为镁铝尖晶石、镁铝铁尖晶石，壳层为氧化铝及镁铝尖晶石、镁铝铁尖晶石。

实施例6

一种浇注料用骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将la2o3粉体和al2o3粉体以1:30的重量比分散在水中配制成浆体，浆体中粉体的总质量分数为25％，且全部粉体中90％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在镁砂颗粒表面覆着含有la2o3和al2o3的浆体，即将镁砂颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在镁砂颗粒表面裹覆一层含有la2o3和al2o3的浆体，浆体层的厚度约为0.8mm。

(3)将裹有la2o3和al2o3浆体层的镁砂颗粒置于匣钵，隧道窑中

1750℃温度下烧成5h，即得到骨料。

性能表征

化学成分检测

骨料结构同实施例1，对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行化学检测，检测结果如表11所示。

表11

核为典型的镁砂化学成分，过渡层为氧化镁、氧化铝及氧化镧，壳层化学成分主要为氧化镁、氧化铝及氧化镧。

物相分析

对本实施例中骨料的核、过渡层以及壳层进行分离，分别进行物相检测，检测结果如表12所示。

表12

核为典型的镁砂矿物相方镁石，过渡层的主晶相为尖晶石，壳层为尖晶石与α-氧化铝。

应用对比

各试样的重量份配比见表13、表14、表15，表13、表14、表15中，双峰氧化铝微粉的化学成分：al2o3≥99.3％，k2o+na2o≤0.10％；粒径：d50≤3.2μm，d90≤10μm，双峰分布；sio2微粉的粒径：d50≤2μm；外加剂均采用聚羧酸减水剂。

以镁砂为骨料的浇注料配比如表13所示，此试样记为a。

表13

以板状刚玉为骨料的浇注料配比如下表所示，此试样记为b。

表14

以实施例1～6制备的骨料为骨料的浇注料配比如表15所示，试样编号c1、c2、c3、c4、c5、c6分别为使用实施例1、2、3、4、5、6制备的骨料制作浇注料样品。

表15

试样的性能表征结果如表16所示。

表16

由表16可以看出，使用各实施例制备的骨料可以提高浇注料的使用性能，例如，在降低加水量的同时改善流动性，提高物理性能，同时可明显改善浇注料抗渣性能等。

由图2a和图2b的抗渣结果照片对比来看，试样c6的抗渣性能明显优于试样b。