本發(fā)明涉及耐火材料領域，具體涉及一種用于澆注料的新型骨料及其制備方法。

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(yè)、機械制造工業(yè)、建材工業(yè)、陶瓷、玻璃工業(yè)、化學及石油工業(yè)、電子工業(yè)及窯爐等工業(yè)。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(huán)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(jié)能環(huán)保，資源節(jié)約等新型政策的開放，使得大量原料價格逐步上揚，開發(fā)新型原料已經(jīng)成為目前不可避免的趨勢。

世界各國耐火材料的發(fā)展態(tài)勢來看，由于不定形耐火材料具有生產(chǎn)簡單，設備投入少，效率高，爐襯整體性與氣密性好，易于修補等優(yōu)點而發(fā)展迅速。在發(fā)達國家，其在整個耐火材料領域中所占比例已超過50％，有的高達60～70％的水平。如果實現(xiàn)不定形耐火材料的輕質(zhì)化、隔熱節(jié)能高效化和高壽命化，則可取代一些定形隔熱制品乃至一些用在非承重部位致密耐火材料。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于澆注料的新型骨料及其制備方法，所述新型骨料性質(zhì)穩(wěn)定、體積密度低、使用性能優(yōu)越、原料豐富，可以有效地節(jié)約原料，降低澆注料成本，優(yōu)化澆注料使用性能。

一種用于澆注料的新型骨料，所述新型骨料為核殼結構，其中核為剛玉顆?；虻\土顆粒，殼層為mgo、cr2o3、al2o3、fe2o3、zro2、稀土金屬氧化物中的至少一種，核與殼層之間為核材質(zhì)與殼層材質(zhì)在高溫下反應生成的過渡層。

本發(fā)明提供的新型骨料近似為核殼結構，核與殼分別采用不同的材質(zhì)，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(xiàn)梯度變化。

作為優(yōu)選，所述殼層的原料中至少包括mgo。

作為優(yōu)選，所述稀土金屬氧化物為y2o3、ce2o3或la2o3。兩種不同的稀土金屬氧化物認為是兩種材質(zhì)。

作為優(yōu)選，所述核為剛玉顆?；蜮C土顆粒，所述殼層為mgo。

所述新型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(yōu)選，所述剛玉顆?；虻\土顆粒的體積密度≤3.5g/cm³。

作為優(yōu)選，所述高溫為1100℃～1900℃。在高溫下，剛玉顆粒或礬土顆粒與殼層原料采用的氧化物反應，生成過渡層。溫度根據(jù)殼層原料的不同而不同，所選溫度至少保證剛玉顆粒或礬土顆粒能夠與殼層原料發(fā)生氧化反應。

過渡層的性質(zhì)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，也會影響新型骨料的性能，過渡層主要形成的尖晶石或固溶體等可以根據(jù)不同場合使用在不同的區(qū)域，同時尖晶石或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和耐腐蝕性。

本發(fā)明還提供了一種所述的用于澆注料的新型骨料的制備方法，包括以下步驟：

在剛玉顆粒或礬土顆粒表面覆著殼層原料漿體，在1100℃～1900℃溫度下燒成3～10h，得到所述的新型骨料。

剛玉顆?；虻\土顆粒的顆粒粒徑根據(jù)需要進行選擇，例如，15-10mm、10-5mm、5-3mm或其他需要的粒度分布，所述剛玉的化學成分：al2o3≥90％，sio2≤2.0％，cao≤2.0％，r2o≤1.0％，r為堿金屬；所述礬土的化學成分：al2o3≥80％，sio2≤3.0％，cao≤2.0％，r2o≤1.0％，r為堿金屬。

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。

作為優(yōu)選，所述剛玉顆?；虻\土顆粒的顆粒粒徑≥0.5mm。

作為優(yōu)選，所述殼層原料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(yōu)選，所述殼層原料粉體中至少95％質(zhì)量分數(shù)的粉體可通過325目(泰勒制)篩網(wǎng)。

殼層原料粉體的粒徑小，可以增加比表面積，增加與剛玉顆?；虻\土顆粒的反應幾率。作為優(yōu)選，所述殼層原料漿體中殼層原料粉體的質(zhì)量分數(shù)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(yōu)選，殼層原料漿體中殼層原料粉體的質(zhì)量分數(shù)為30～60％。再優(yōu)選，殼層原料漿體中殼層原料粉體的質(zhì)量分數(shù)為30～50％。

作為優(yōu)選，所述剛玉顆?；虻\土顆粒表面漿體的附著厚度為0.1～5mm。進一步優(yōu)選，所述剛玉顆?；虻\土顆粒表面漿體的附著厚度為0.5～4mm。再優(yōu)選，所述剛玉顆?；虻\土顆粒表面漿體的附著厚度為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(fā)育情況，因此，涂覆厚度需要適宜，可以根據(jù)實際使用的需要對涂覆厚度進行調(diào)節(jié)，以滿足不同場合的性能需求。

本發(fā)明提供的用于澆注料的新型骨料性質(zhì)穩(wěn)定、體積密度低、使用性能優(yōu)越、原料豐富，可以有效地節(jié)約原料，降低澆注料成本，優(yōu)化澆注料使用性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于澆注料的新型骨料的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

一種用于澆注料的新型骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將mgo粉體分散在水中配制成mgo漿體，mgo漿體中mgo粉體的質(zhì)量分數(shù)為25％，mgo粉體中95％質(zhì)量分數(shù)的粉體可通過325目篩網(wǎng)。

(2)采用掛漿的方式在礬土顆粒表面覆著mgo漿體，即將顆粒浸沒在mgo漿體中，停留片刻后取出，在礬土顆粒表面裹覆一層mgo漿體，mgo漿體層的厚度約為1mm。

(3)將裹有mgo漿體層的礬土顆粒置于匣缽隧道窯中，在1750℃溫度下燒成5h，得到新型骨料。

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(nèi)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、過渡層以及殼層進行分離，分別進行化學檢測，檢測結果如表1所示。

表1

核為典型的礬土骨料化學成分，主成分為氧化鋁，過渡層為氧化鋁及氧化鎂混合物，殼層為氧化鋁及氧化鎂混合物。

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2所示。

表2

核的主晶相為剛玉和莫來石，過渡層的主晶相為富鋁尖晶石，殼層為尖晶石。

實施例2

一種用于澆注料的新型骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將mgo粉體和fe2o3粉體以10：1的重量比分散在水中配制成漿體，漿體中粉體的總質(zhì)量分數(shù)為25％，且全部粉體中95％質(zhì)量分數(shù)的粉體可通過325目篩網(wǎng)。

(2)采用掛漿的方式在礬土顆粒表面覆著含有mgo和fe2o3的漿體，即將顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在礬土顆粒表面裹覆一層含有mgo和fe2o3的漿體，漿體層的厚度約為1mm。

(3)將裹有漿體層的礬土顆粒置于匣缽隧道窯中，在1750℃溫度下燒成5h，得到新型骨料。

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

核為礬土化學成分，主成分為氧化鋁，過渡層為氧化鋁及氧化鎂，殼層為氧化鋁、氧化鎂及三氧化二鐵。

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

核的主晶相為剛玉和莫來石，過渡層的主晶相為鎂鋁尖晶石、鎂鐵鋁尖晶石、α-氧化鋁、莫來石，殼層為鎂鋁尖晶石、鎂鐵鋁尖晶石、α-氧化鋁。

實施例3

一種用于澆注料的新型骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將mgo粉體分散在水中配制成mgo漿體，mgo漿體中mgo粉體的質(zhì)量分數(shù)為25％，mgo粉體中95％質(zhì)量分數(shù)的粉體可通過325目篩網(wǎng)。

(2)采用掛漿的方式在剛玉顆粒表面覆著mgo漿體，即將顆粒浸沒在mgo漿體中，停留片刻后取出，在剛玉顆粒表面裹覆一層mgo漿體，mgo漿體層的厚度約為1mm。

(3)將裹有mgo漿體層的剛玉顆粒置于匣缽隧道窯中，在1750℃溫度下燒成5h，得到新型骨料。

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

核主化學成分為α-氧化鋁，過渡層為氧化鋁與氧化鎂，殼層為氧化鋁和氧化鎂。

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

核為典型的氧化鋁礦物相，過渡層的主晶相為尖晶石及α-氧化鋁，殼層為尖晶石。

實施例4

一種用于澆注料的新型骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將zro2粉體和mgo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(zhì)量分數(shù)為25％，且全部粉體中95％質(zhì)量分數(shù)的粉體可通過325目篩網(wǎng)。

(2)采用掛漿的方式在剛玉顆粒表面覆著含有zro2和mgo的漿體，即將顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在剛玉顆粒表面裹覆一層含有zro2和mgo的漿體，漿體層的厚度約為1mm。

(3)將裹有漿體層的剛玉顆粒置于匣缽隧道窯中，在1750℃溫度下燒成5h，得到新型骨料。

性能表征

化學成分檢測

新型骨料結構同實施例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

核為典型的剛玉骨料化學成分，過渡層為氧化鋁、氧化鋯和氧化鎂，殼層主化學成分為氧化鋁、氧化鋯和氧化鎂。

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

核的主晶相為剛玉，過渡層的主晶相為鎂鋁鋯復相尖晶石、α-氧化鋁，殼層為鎂鋁鋯復相尖晶石、鎂鋁尖晶石、α-氧化鋁。

實施例5

一種用于澆注料的新型骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將cr2o3粉體和mgo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(zhì)量分數(shù)為25％，且全部粉體中95％質(zhì)量分數(shù)的粉體可通過325目篩網(wǎng)。

(2)采用掛漿的方式在剛玉顆粒表面覆著含有cr2o3和mgo的漿體，即將顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在剛玉顆粒表面裹覆一層含有cr2o3和mgo的漿體，漿體層的厚度約為1mm。

(3)將裹有漿體層的剛玉顆粒置于匣缽隧道窯中，在1750℃溫度下燒成5h，得到新型骨料。

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

核為典型的剛玉骨料化學成分，過渡層為氧化鋁、氧化鉻和氧化鎂，殼層主化學成分為氧化鋁、氧化鉻和氧化鎂。

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

核的主晶相為剛玉，過渡層的主晶相為鎂鋁鋯復相尖晶石、鎂鋁尖晶石、α-氧化鋁，殼層為鎂鋁鋯復相尖晶石、鎂鋁尖晶石、α-氧化鋁。

實施例6

一種用于澆注料的新型骨料的制備方法，具體實施步驟如下：

(1)將la2o3粉體和mgo粉體以1：20的重量比分散在水中配制成漿體，漿體中粉體的總質(zhì)量分數(shù)為25％，且全部粉體中95％質(zhì)量分數(shù)的粉體可通過325目篩網(wǎng)。

(2)采用掛漿的方式在剛玉顆粒表面覆著含有l(wèi)a2o3和mgo的漿體，即將顆粒浸沒在漿體中，停留片刻后取出，在剛玉顆粒表面裹覆一層含有l(wèi)a2o3和mgo的漿體，漿體層的厚度約為1mm。

(3)將裹有漿體層的剛玉顆粒置于匣缽隧道窯中，在1750℃溫度下燒成5h，得到新型骨料。

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

核為典型的剛玉骨料化學成分，過渡層為氧化鋁和氧化鎂，殼層主化學成分為氧化鋁和氧化鎂。

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

核的主晶相為剛玉，過渡層的主晶相為尖晶石、α-氧化鋁，殼層為尖晶石。

應用對比

各試樣的重量份配比見表13、表14、表15，其中，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。

以礬土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制備的新型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制備的新型骨料制作的澆注料樣品。

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，使用新型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，提高物理性能等。