一种用于浇注料的新型骨料及其制备方法与流程

本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种用于浇注料的新型骨料及其制备方法。

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。

世界各国耐火材料的发展态势来看，由于不定形耐火材料具有生产简单，设备投入少，效率高，炉衬整体性与气密性好，易于修补等优点而发展迅速。在发达国家，其在整个耐火材料领域中所占比例已超过50％，有的高达60～70％的水平。如果实现不定形耐火材料的轻质化、隔热节能高效化和高寿命化，则可取代一些定形隔热制品乃至一些用在非承重部位致密耐火材料。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于浇注料的新型骨料及其制备方法，所述新型骨料性质稳定、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。

一种用于浇注料的新型骨料，所述新型骨料为核壳结构，其中核为刚玉颗粒或矾土颗粒，壳层为mgo、cr2o3、al2o3、fe2o3、zro2、稀土金属氧化物中的至少一种，核与壳层之间为核材质与壳层材质在高温下反应生成的过渡层。

本发明提供的新型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。

作为优选，所述壳层的原料中至少包括mgo。

作为优选，所述稀土金属氧化物为y2o3、ce2o3或la2o3。两种不同的稀土金属氧化物认为是两种材质。

作为优选，所述核为刚玉颗粒或钒土颗粒，所述壳层为mgo。

所述新型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，所述刚玉颗粒或矾土颗粒的体积密度≤3.5g/cm³。

作为优选，所述高温为1100℃～1900℃。在高温下，刚玉颗粒或矾土颗粒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，所选温度至少保证刚玉颗粒或矾土颗粒能够与壳层原料发生氧化反应。

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，也会影响新型骨料的性能，过渡层主要形成的尖晶石或固溶体等可以根据不同场合使用在不同的区域，同时尖晶石或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和耐腐蚀性。

本发明还提供了一种所述的用于浇注料的新型骨料的制备方法，包括以下步骤：

在刚玉颗粒或矾土颗粒表面覆着壳层原料浆体，在1100℃～1900℃温度下烧成3～10h，得到所述的新型骨料。

刚玉颗粒或矾土颗粒的颗粒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，所述刚玉的化学成分：al2o3≥90％，sio2≤2.0％，cao≤2.0％，r2o≤1.0％，r为碱金属；所述矾土的化学成分：al2o3≥80％，sio2≤3.0％，cao≤2.0％，r2o≤1.0％，r为碱金属。

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。

作为优选，所述刚玉颗粒或矾土颗粒的颗粒粒径≥0.5mm。

作为优选，所述壳层原料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95％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，增加与刚玉颗粒或矾土颗粒的反应几率。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，所述刚玉颗粒或矾土颗粒表面浆体的附着厚度为0.1～5mm。进一步优选，所述刚玉颗粒或矾土颗粒表面浆体的附着厚度为0.5～4mm。再优选，所述刚玉颗粒或矾土颗粒表面浆体的附着厚度为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。

本发明提供的用于浇注料的新型骨料性质稳定、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。

附图说明

图1为本发明用于浇注料的新型骨料的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种用于浇注料的新型骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将mgo粉体分散在水中配制成mgo浆体，mgo浆体中mgo粉体的质量分数为25％，mgo粉体中95％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在矾土颗粒表面覆着mgo浆体，即将颗粒浸没在mgo浆体中，停留片刻后取出，在矾土颗粒表面裹覆一层mgo浆体，mgo浆体层的厚度约为1mm。

(3)将裹有mgo浆体层的矾土颗粒置于匣钵隧道窑中，在1750℃温度下烧成5h，得到新型骨料。

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、过渡层以及壳层进行分离，分别进行化学检测，检测结果如表1所示。

表1

核为典型的矾土骨料化学成分，主成分为氧化铝，过渡层为氧化铝及氧化镁混合物，壳层为氧化铝及氧化镁混合物。

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2所示。

表2

核的主晶相为刚玉和莫来石，过渡层的主晶相为富铝尖晶石，壳层为尖晶石。

实施例2

一种用于浇注料的新型骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将mgo粉体和fe2o3粉体以10：1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95％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在矾土颗粒表面覆着含有mgo和fe2o3的浆体，即将颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在矾土颗粒表面裹覆一层含有mgo和fe2o3的浆体，浆体层的厚度约为1mm。

(3)将裹有浆体层的矾土颗粒置于匣钵隧道窑中，在1750℃温度下烧成5h，得到新型骨料。

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

核为矾土化学成分，主成分为氧化铝，过渡层为氧化铝及氧化镁，壳层为氧化铝、氧化镁及三氧化二铁。

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

核的主晶相为刚玉和莫来石，过渡层的主晶相为镁铝尖晶石、镁铁铝尖晶石、α-氧化铝、莫来石，壳层为镁铝尖晶石、镁铁铝尖晶石、α-氧化铝。

实施例3

一种用于浇注料的新型骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将mgo粉体分散在水中配制成mgo浆体，mgo浆体中mgo粉体的质量分数为25％，mgo粉体中95％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在刚玉颗粒表面覆着mgo浆体，即将颗粒浸没在mgo浆体中，停留片刻后取出，在刚玉颗粒表面裹覆一层mgo浆体，mgo浆体层的厚度约为1mm。

(3)将裹有mgo浆体层的刚玉颗粒置于匣钵隧道窑中，在1750℃温度下烧成5h，得到新型骨料。

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

核主化学成分为α-氧化铝，过渡层为氧化铝与氧化镁，壳层为氧化铝和氧化镁。

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

核为典型的氧化铝矿物相，过渡层的主晶相为尖晶石及α-氧化铝，壳层为尖晶石。

实施例4

一种用于浇注料的新型骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将zro2粉体和mgo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95％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在刚玉颗粒表面覆着含有zro2和mgo的浆体，即将颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在刚玉颗粒表面裹覆一层含有zro2和mgo的浆体，浆体层的厚度约为1mm。

(3)将裹有浆体层的刚玉颗粒置于匣钵隧道窑中，在1750℃温度下烧成5h，得到新型骨料。

性能表征

化学成分检测

新型骨料结构同实施例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

核为典型的刚玉骨料化学成分，过渡层为氧化铝、氧化锆和氧化镁，壳层主化学成分为氧化铝、氧化锆和氧化镁。

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

核的主晶相为刚玉，过渡层的主晶相为镁铝锆复相尖晶石、α-氧化铝，壳层为镁铝锆复相尖晶石、镁铝尖晶石、α-氧化铝。

实施例5

一种用于浇注料的新型骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将cr2o3粉体和mgo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95％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在刚玉颗粒表面覆着含有cr2o3和mgo的浆体，即将颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在刚玉颗粒表面裹覆一层含有cr2o3和mgo的浆体，浆体层的厚度约为1mm。

(3)将裹有浆体层的刚玉颗粒置于匣钵隧道窑中，在1750℃温度下烧成5h，得到新型骨料。

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

核为典型的刚玉骨料化学成分，过渡层为氧化铝、氧化铬和氧化镁，壳层主化学成分为氧化铝、氧化铬和氧化镁。

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

核的主晶相为刚玉，过渡层的主晶相为镁铝锆复相尖晶石、镁铝尖晶石、α-氧化铝，壳层为镁铝锆复相尖晶石、镁铝尖晶石、α-氧化铝。

实施例6

一种用于浇注料的新型骨料的制备方法，具体实施步骤如下：

(1)将la2o3粉体和mgo粉体以1：20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95％质量分数的粉体可通过325目筛网。

(2)采用挂浆的方式在刚玉颗粒表面覆着含有la2o3和mgo的浆体，即将颗粒浸没在浆体中，停留片刻后取出，在刚玉颗粒表面裹覆一层含有la2o3和mgo的浆体，浆体层的厚度约为1mm。

(3)将裹有浆体层的刚玉颗粒置于匣钵隧道窑中，在1750℃温度下烧成5h，得到新型骨料。

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

核为典型的刚玉骨料化学成分，过渡层为氧化铝和氧化镁，壳层主化学成分为氧化铝和氧化镁。

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

核的主晶相为刚玉，过渡层的主晶相为尖晶石、α-氧化铝，壳层为尖晶石。

应用对比

各试样的重量份配比见表13、表14、表15，其中，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。

以矾土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制备的新型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制备的新型骨料制作的浇注料样品。

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，使用新型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，提高物理性能等。