本發(fā)明屬于冶金、有色、玻璃、水泥窯用高級耐火材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種合成鎂橄欖石澆注料及其制備方法。

背景技術(shù)：

耐火澆注料是一種采用澆注方式成型的不定形耐火材料，由粒狀或粉狀的耐火物料，加入一定量的結(jié)合劑和水分共同組成，具有較高的流動性。我國高鋁礬土、菱鎂礦和石墨等耐火原料資源豐富，在世界耐火材料市場中占有舉足輕重的地位，也是我國耐火材料工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。高鋁礬土經(jīng)不同溫度煅燒加工，可形成不同品級的產(chǎn)品，其中高鋁礬土熟料是生產(chǎn)Al₂O₃-SiO₂系耐火材料的重要原料。

目前，中間包包蓋及擋渣堰板擋渣壩，工作襯、座磚等普遍使用高鋁礬土澆注料，高鋁礬土澆注料仍存在不足：（1）對鋼水質(zhì)量和環(huán)境的影響十分嚴(yán)重；（2）特殊鋼、有色冶煉、特種玻璃、水泥窯壽命短，堿性侵蝕；（3）綜合成本高；（4）與同類國際產(chǎn)品領(lǐng)先水平有差距；（5）含鉻耐火材料在使用后，其殘渣中含有強氧化性的六價鉻，會對環(huán)境造成污染。如何降低成本，開發(fā)高效、使用壽命長的耐火材料，一直是耐火材料行業(yè)亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種合成鎂橄欖石澆注料及制備方法，該合成鎂橄欖石澆注料純度高、強度高、高溫?zé)嵴鸱€(wěn)定性好、耐腐蝕性強且無有害氣體排放、符合綠色耐材標(biāo)準(zhǔn)；該制備方法簡單、成本低、無碳無鉻排放、無污染，具有實際應(yīng)用性。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種合成鎂橄欖石澆注料，包括骨料和粉料，所述骨料為合成燒結(jié)鎂橄欖石砂(MgO≥60%) 85-95份，粒度為2.5-16目；所述的粉料粒度為300-350目，原料組成按重量份數(shù)配比如下：硅微粉（SiO₂≥92%）3-6份、金屬鎂粉3-5份、金屬硅粉3-5份、酚醛樹脂1-3份、烏洛托品0.5-0.8份、燒結(jié)劑0.3-0.5份、減水劑0.01-0.02份、結(jié)合劑3-7份。

所述的燒結(jié)劑為稀土氧化物。

所述的稀土氧化物為氧化釔、氧化鍶或氧化鈰。

所述的結(jié)合劑為硅溶膠粉（SiO₂≥30%）和納米鎂鋁溶膠粉。

所述的減水劑為三聚磷酸鈉和/或六偏磷酸鈉。

所述的合成燒結(jié)鎂橄欖石砂的制備方法，步驟如下。

（1）按重量分?jǐn)?shù)秤取輕燒氧化鎂粉（MgO≥92%，粒度20-40目）70%與石英砂粉（SiO₂≥98% Fe₂O₂≤1%，粒度20-40目）30%，加入球磨機（Ф1200×3000）中進(jìn)行球磨，球磨轉(zhuǎn)速32r/min，球磨時間2h，出料粒度為90-200目。

（2）將球磨過的混合粉加入礦粉壓球機中，主機轉(zhuǎn)數(shù)為13r/min,壓球成型即得混合粉球；再將成型的混合粉球放入干燥窯進(jìn)行干燥，干燥溫度為90℃-120℃，干燥時間12小時。

（3）將干燥后的混合粉送入1700℃-1750℃的豎窯中燒制7-8小時后，即得合成燒結(jié)鎂橄欖石砂。

所述的合成鎂橄欖石澆注料的制備方法，步驟如下。

（1）按重量份數(shù)秤取合成燒結(jié)鎂橄欖石砂放入破碎機中進(jìn)行破碎，破碎之后加入球磨機中進(jìn)行粉碎，粉碎之后再用振動篩篩出粒度為2.5-16目的骨料。

（2）按重量份數(shù)秤取硅微粉，金屬鎂粉、金屬硅粉、酚醛樹脂、烏洛托品、結(jié)合劑、燒結(jié)劑和減水劑，放入容器中，混合配置成粉料，粉料粒度為300-350目。

（3）混料：將稱量好的骨料和配制的粉料加入泥料混煉機中，再加入重量份數(shù)為5-7份的水混合攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為25r/min,攪拌時間 10-15分鐘。

（4）成型：將攪拌好的混料澆包裝編織袋25-50公斤，常溫下自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間24小時。

（5）干燥：將成型的澆注料放入干燥器進(jìn)行干燥，干燥溫度90℃-150℃，干燥時間24小時。

（6）使用：使用時溫度為1500-1550℃，可用于中間包包蓋整體澆注。

本發(fā)明的有益效果。

（1）本發(fā)明合成鎂橄欖石澆注料是首例采用稀土氧化物改性合成鎂橄欖石制備合成鎂橄欖石澆注料，各項性能指標(biāo)優(yōu)良，其中MgO-SiO₂的總含量＞85%（美國鎂橄欖石澆注料性能標(biāo)準(zhǔn)中的MgO-SiO₂含量在77%左右）；MgO含量＞55%，SiO₂含量＞25%，體積密度均大于2.5g/cm³（美國鎂橄欖石澆注料性能標(biāo)準(zhǔn)中的體積密度為1.70 g/cm³）；耐壓強度不小于20 Mpa，抗折強度為不下于3Mpa（美國鎂橄欖石澆注料性能標(biāo)準(zhǔn)中的抗折強度在2.4-2.7Mpa之間）；本發(fā)明1000℃下熱膨脹系數(shù)在1.1%-1.5%之間，由此說明本發(fā)明的合成鎂橄欖石澆注料純度高、強度高、高溫?zé)嵴鸱€(wěn)定性好、氣孔率小，收縮率低，抗渣侵蝕性好，在高溫下具有良好的機械性能，化學(xué)穩(wěn)定性高，耐堿性腐蝕，且抗熔融金屬和抗氧化能力強。

（2）國內(nèi)外使用天然鎂橄欖石作為原料，而天然鎂橄欖石Fe₂O₃含量在5-10％，而本發(fā)明合成的燒結(jié)鎂橄欖石砂原料為Fe₂O₃＜1％的高純原料，大幅度提高了原料的高溫性能。

（3）在煉鋼工業(yè)使用條件下，其使用壽命不低于高鋁礬土澆注料的效果；在特殊鋼處理鋼使用條件下，其使用壽命比含高鋁礬土澆注料效果更好；與傳統(tǒng)高鋁礬土澆注料相比，配料中不加入含鉻的原料，不污染環(huán)境，工人工作條件大為改善；在冶金、玻璃及水泥窯應(yīng)用中無有害氣體排放綠色環(huán)保，解決了碳及鉻污染環(huán)境的環(huán)保難題。

（4）天然鎂橄欖石作為原料不但性能差，壽命短，而且價格貴，本發(fā)明采用輕燒氧化鎂粉和石英砂粉合成燒結(jié)鎂橄欖石砂作為原料使鎂橄欖石澆注料制備成本大大降低；本發(fā)明成功替代高鋁礬土澆注料在冶金中間包包蓋、擋渣堰板擋渣壩、工作襯、座磚等全面推廣應(yīng)用，可用于中間包包蓋整體澆注，在特殊鋼超低碳鋼中間包包內(nèi)襯中的應(yīng)用解決了堿性侵蝕問題。

附圖說明

圖1為合成燒結(jié)鎂橄欖石砂的X-射線粉末衍射圖。

圖2為合成燒結(jié)鎂橄欖石砂的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

實施例1。

合成燒結(jié)鎂橄欖石砂的制備方法如下。

按重量分?jǐn)?shù)秤取輕燒氧化鎂粉（MgO≥92%，粒度20-40目）70%與石英砂粉（SiO₂≥98%，F(xiàn)e₂O₂≤1%，粒度20-40目）30%，加入球磨機（Ф1200×3000）中進(jìn)行球磨，球磨轉(zhuǎn)速32r/min，球磨時間2h，出料粒度為90-200目；將球磨過混合粉（粒度90-200目）加入礦粉壓球機中，主機轉(zhuǎn)數(shù)為13r/min,壓球成型，再將成型的混合粉球放入干燥窯進(jìn)行干燥，干燥溫度為90℃-120℃，干燥時間12小時；將干燥后的混合粉球送入1700℃-1750℃的豎窯中燒制7-8小時后即得合成燒結(jié)鎂橄欖石砂。

如圖1所示，合成燒結(jié)鎂橄欖石砂的X-射線粉末衍射圖，結(jié)果顯示：合成燒結(jié)鎂橄欖石相具有特征衍射峰，橄欖石相大于95%。利用遼寧科技大學(xué)場發(fā)射高分辨率掃描電鏡進(jìn)行能譜的定量分析得出合成燒結(jié)鎂橄欖石砂MgO含量62.91%，SiO₂含量28.99%，F(xiàn)e₂O₃含量0.95%，CaO含量3.20%，AL₂O₃含量3.95%。

如圖2所示，合成燒結(jié)鎂橄欖石砂拋光的掃描電鏡圖（500倍），結(jié)果顯示：均勻分部5-20μm以下的封閉氣孔，晶體發(fā)育10-80μm 左右，說明合成燒結(jié)鎂橄欖石相反應(yīng)完全。

合成鎂橄欖石澆注料的原料按如下重量份數(shù)配制。

稱取合成燒結(jié)鎂橄欖石砂（MgO含量62.91%，SiO₂含量28.99%，F(xiàn)e₂O₃含量0.95%，CaO含量3.20%，AL₂O₃含量3.95%）94份放入破碎機中進(jìn)行破碎，破碎之后加入球磨機中進(jìn)行粉碎，粉碎之后再用振動篩篩出粒度為2.5-16目的骨料。

稱取硅微粉（SiO₂含量92.09%，Al₂O₃含量0.05%，F(xiàn)e₂O₃含量3.65%，MgO含量2.43%，CaO含量1.12%，NaO含量0.66%，粒度300-350目）3份，金屬鎂粉4份（粒度300-350目）、金屬硅粉4份（粒度300-350目）、酚醛樹脂2份（粒度300-350目）、烏洛托品0.6份（粒度300-350目）、納米鎂鋁溶膠粉3份（粒度300-350目），硅溶膠粉（SiO₂含量30%，粒度300-350目）4份，氧化釔0.4份和三聚磷酸鈉0.02份，混合配置成粉料。

合成鎂橄欖石澆注料的原料制備方法如下。

（1）混料：將稱量好的骨料合成燒結(jié)鎂橄欖石砂和配制的粉料加入泥料混煉機中，再加入水按重量份數(shù)為7份混合攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)25r/min，攪拌時間10-15分鐘。

（2）成型：將攪拌好的混料澆包裝編織袋25-50公斤，常溫下自然養(yǎng)護(hù)24小時。

（3）干燥：將成型的澆注料放入干燥器進(jìn)行干燥，干燥溫度90℃-150℃，干燥時間24小時既得成品。

（4）使用：使用時現(xiàn)場澆注成型，使用溫度為1500-1550℃，可用于中間包包蓋整體澆注。

實施例2。

合成燒結(jié)鎂橄欖石砂的制備方法如實施例1。

合成鎂橄欖石澆注料的原料按如下重量份數(shù)配制。

稱取合成燒結(jié)鎂橄欖石砂（MgO含量62.91%，SiO₂含量28.99%，F(xiàn)e₂O₃含量0.95%，CaO含量3.20%，AL₂O₃含量3.95%）92份放入破碎機中進(jìn)行破碎，破碎之后加入球磨機中進(jìn)行粉碎，粉碎之后再用振動篩篩出粒度為2.5-16目的骨料。

稱取硅微粉（SiO₂含量92.09%，Al₂O₃含量0.05%，F(xiàn)e₂O₃含量3.65%，MgO含量2.43%，CaO含量1.12%，NaO含量0.66%，粒度300-350目）5份，金屬鎂粉4份（粒度300-350目）、金屬硅粉4份（粒度300-350目）、酚醛樹脂2份（粒度300-350目）、烏洛托品0.6份（粒度300-350目）、納米鎂鋁溶膠粉3份，硅溶膠粉（SiO₂含量30%，粒度300-350目）4份，氧化鍶0.4份和六偏磷酸鈉0.02份，混合配置成粉料。

其制備方法如下。

（1）混料：將稱量好的骨料合成燒結(jié)鎂橄欖石砂和配制的粉料加入泥料混煉機中，再加入水按重量份數(shù)為6份混合攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)25r/min，攪拌時間10-15分鐘。

（2）成型：將攪拌好的混料澆包裝編織袋25-50公斤，常溫下自然養(yǎng)護(hù)24小時。

（3）干燥：將成型的澆注料放入干燥器進(jìn)行干燥，干燥溫度90℃-150℃，干燥時間24小時既得成品。

（4）使用：使用時現(xiàn)場澆注成型，使用溫度為1500-1550℃，可用于中間包包蓋整體澆注。

實施例3。

合成燒結(jié)鎂橄欖石砂的制備方法如實施例1。

合成鎂橄欖石澆注料的原料按如下重量份數(shù)配制。

稱取合成燒結(jié)鎂橄欖石砂（MgO含量62.91%，SiO₂含量28.99%，F(xiàn)e₂O₃含量0.95%，CaO含量3.20%，AL₂O₃含量3.95%）90份放入破碎機中進(jìn)行破碎，破碎之后加入球磨機中進(jìn)行粉碎，粉碎之后再用振動篩篩出粒度為2.5-16目的骨料。

稱取硅微粉（SiO₂含量92.09%，Al₂O₃含量0.05%，F(xiàn)e₂O₃含量3.65%，MgO含量2.43%，CaO含量1.12%，NaO含量0.66%，粒度300-350目）7份，金屬鎂粉4份（粒度300-350目）、金屬硅粉4份（粒度300-350目）、酚醛樹脂2份（粒度300-350目）、烏洛托品0.6份（粒度300-350目）、納米鎂鋁溶膠粉3份，硅溶膠粉（SiO₂含量30%，粒度300-350目）4份，氧化鈰0.4份、六偏磷酸鈉0.01份和三聚磷酸鈉0.01份，混合配置成粉料。

其制備方法如下。

（1）混料：將稱量好的骨料合成燒結(jié)鎂橄欖石砂和配制的粉料加入泥料混煉機中，再加入水按重量份數(shù)為5份混合攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)25r/min，攪拌時間10-15分鐘。

（2）成型：將攪拌好的混料澆包裝編織袋25-50公斤，常溫下自然養(yǎng)護(hù)24小時。

（3）干燥：將成型的澆注料放入干燥器進(jìn)行干燥，干燥溫度90℃-150℃，干燥時間24小時既得成品。

（4）使用：使用時現(xiàn)場澆注成型，使用溫度為1500-1550℃，可用于中間包包蓋整體澆注。

一、合成鎂橄欖石澆注料的理化指標(biāo)分析如表1。

表1一種合成鎂橄欖石澆注料理化指標(biāo)。

二、美國鎂橄欖石澆注料的性能標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2美國鎂橄欖石澆注料性能標(biāo)準(zhǔn)表。

由表1和表2可得出的結(jié)論：三個實施例中制備的合成鎂橄欖石澆注料的MgO-SiO₂的總含量＞85%,MgO含量＞55%,SiO₂含量＞25%，體積密度均大于2.38g/cm3，美國鎂橄欖石澆注料性能標(biāo)準(zhǔn)中的MgO-SiO₂含量在77%左右，且其體積密度為1.70 g/cm3，由此說明本發(fā)明純度高、密度大，其耐腐蝕性強且抗熔融金屬和抗氧化能力強；本發(fā)明耐壓強度不小于20 Mpa，抗折強度為不小于3Mpa，而美國鎂橄欖石澆注料性能標(biāo)準(zhǔn)中的抗折強度在2.4-2.7Mpa之間，說明本發(fā)明的強度更高；本發(fā)明1000℃下熱膨脹系數(shù)在1.1%-1.5%之間，說明本發(fā)明的抵抗高溫應(yīng)力的性能高，高溫?zé)嵴鸱€(wěn)定性好；并且合成鎂橄欖石澆注料的制備過程中無鉻、碳的添加，無有害氣體排放符合綠色耐材標(biāo)準(zhǔn)。

可以理解的是，以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實施例所描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，以達(dá)到相同的技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。