本發明屬于冶金、有色、玻璃、水泥窯用高級耐火材料及其制備技術領域，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：

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發展的基礎。高鋁礬土經不同溫度煅燒加工，可形成不同品級的產品，其中高鋁礬土熟料是生產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）對鋼水質量和環境的影響十分嚴重；（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）與同類國際產品領先水平有差距；（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，會對環境造成污染。如何降低成本，開發高效、使用壽命長的耐火材料，一直是耐火材料行業亟待解決的問題。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發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、高溫熱震穩定性好、耐腐蝕性強且無有害氣體排放、符合綠色耐材標準；該制備方法簡單、成本低、無碳無鉻排放、無污染，具有實際應用性。

為了實現上述目的，本發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、燒結劑0.3-0.5份、減水劑0.01-0.02份、結合劑3-7份。

所述的燒結劑為稀土氧化物。

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。

所述的合成燒結鎂橄欖石砂的制備方法，步驟如下。

（1）按重量分數秤取輕燒氧化鎂粉（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）中進行球磨，球磨轉速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，主機轉數為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）按重量份數秤取合成燒結鎂橄欖石砂放入破碎機中進行破碎，破碎之后加入球磨機中進行粉碎，粉碎之后再用振動篩篩出粒度為2.5-16目的骨料。

（2）按重量份數秤取硅微粉，金屬鎂粉、金屬硅粉、酚醛樹脂、烏洛托品、結合劑、燒結劑和減水劑，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，再加入重量份數為5-7份的水混合攪拌，攪拌轉數為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，常溫下自然養護，養護時間24小時。

（5）干燥：將成型的澆注料放入干燥器進行干燥，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。

本發明的有益效果。

（1）本發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，各項性能指標優良，其中MgO-SiO₂的總含量＞85%（美國鎂橄欖石澆注料性能標準中的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準中的體積密度為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準中的抗折強度在2.4-2.7Mpa之間）；本發明1000℃下熱膨脹系數在1.1%-1.5%之間，由此說明本發明的合成鎂橄欖石澆注料純度高、強度高、高溫熱震穩定性好、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，化學穩定性高，耐堿性腐蝕，且抗熔融金屬和抗氧化能力強。

（2）國內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％，而本發明合成的燒結鎂橄欖石砂原料為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；與傳統高鋁礬土澆注料相比，配料中不加入含鉻的原料，不污染環境，工人工作條件大為改善；在冶金、玻璃及水泥窯應用中無有害氣體排放綠色環保，解決了碳及鉻污染環境的環保難題。

（4）天然鎂橄欖石作為原料不但性能差，壽命短，而且價格貴，本發明采用輕燒氧化鎂粉和石英砂粉合成燒結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襯中的應用解決了堿性侵蝕問題。

附圖說明

圖1為合成燒結鎂橄欖石砂的X-射線粉末衍射圖。

圖2為合成燒結鎂橄欖石砂的掃描電鏡圖。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發明作進一步的說明。

實施例1。

合成燒結鎂橄欖石砂的制備方法如下。

按重量分數秤取輕燒氧化鎂粉（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）中進行球磨，球磨轉速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，主機轉數為13r/min,壓球成型，再將成型的混合粉球放入干燥窯進行干燥，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鎂橄欖石砂。

如圖1所示，合成燒結鎂橄欖石砂的X-射線粉末衍射圖，結果顯示：合成燒結鎂橄欖石相具有特征衍射峰，橄欖石相大于95%。利用遼寧科技大學場發射高分辨率掃描電鏡進行能譜的定量分析得出合成燒結鎂橄欖石砂MgO含量62.91%，SiO₂含量28.99%，Fe₂O₃含量0.95%，CaO含量3.20%，AL₂O₃含量3.95%。

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

合成鎂橄欖石澆注料的原料按如下重量份數配制。

稱取合成燒結鎂橄欖石砂（MgO含量62.91%，SiO₂含量28.99%，Fe₂O₃含量0.95%，CaO含量3.20%，AL₂O₃含量3.95%）94份放入破碎機中進行破碎，破碎之后加入球磨機中進行粉碎，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%，Fe₂O₃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為7份混合攪拌，攪拌轉數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，常溫下自然養護24小時。

（3）干燥：將成型的澆注料放入干燥器進行干燥，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配制。

稱取合成燒結鎂橄欖石砂（MgO含量62.91%，SiO₂含量28.99%，Fe₂O₃含量0.95%，CaO含量3.20%，AL₂O₃含量3.95%）92份放入破碎機中進行破碎，破碎之后加入球磨機中進行粉碎，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%，Fe₂O₃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為6份混合攪拌，攪拌轉數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，常溫下自然養護24小時。

（3）干燥：將成型的澆注料放入干燥器進行干燥，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配制。

稱取合成燒結鎂橄欖石砂（MgO含量62.91%，SiO₂含量28.99%，Fe₂O₃含量0.95%，CaO含量3.20%，AL₂O₃含量3.95%）90份放入破碎機中進行破碎，破碎之后加入球磨機中進行粉碎，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%，Fe₂O₃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為5份混合攪拌，攪拌轉數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，常溫下自然養護24小時。

（3）干燥：將成型的澆注料放入干燥器進行干燥，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分析如表1。

表1一種合成鎂橄欖石澆注料理化指標。

二、美國鎂橄欖石澆注料的性能標準如表2。

表2美國鎂橄欖石澆注料性能標準表。

由表1和表2可得出的結論：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準中的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準中的抗折強度在2.4-2.7Mpa之間，說明本發明的強度更高；本發明1000℃下熱膨脹系數在1.1%-1.5%之間，說明本發明的抵抗高溫應力的性能高，高溫熱震穩定性好；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準。

可以理解的是，以上關于本發明的具體描述，僅用于說明本發明而并非受限于本發明實施例所描述的技術方案，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或等同替換，以達到相同的技術效果；只要滿足使用需要，都在本發明的保護范圍之內。