[0001] 本发明涉及无机非金属材料技术领域，尤其涉及耐火材料微结构调控技术领域，具体涉及一种碱性耐火材料用镁砂骨料及制备方法。

[0002] 自20世纪70年代以来，镁碳耐火材料因其具有热震稳定性强、抗渣性能出色的特点被广泛应用于转炉、电炉以及钢包渣线等部位，极大地促进了钢铁行业进步与冶金技术革新。然而，镁碳耐火材料在高温工况环境下易发生碳质材料与镁砂颗粒的高温氧化还原反应[xC(s)+MgO(s)→COx(g)+Mg(g)]，造成因碳损失和镁损失而引起的热学性能下降现象，抑制了碱性耐火材料服役寿命的进一步提高。

[0026] 下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。

[0027] 本发明碱性耐火材料用镁砂骨料的制备方法包括如下步骤：

[0028] (1)配置浓度为25wt％～30wt％的聚乙烯醇溶液，溶液标记为P0；

[0029] (2)称取适量的微/纳米氧化铝材料粉末(可采用α‑氧化铝粉末和γ‑氧化铝粉末中的至少一种)、微/纳米氧化镁材料粉末(可采用煅烧菱镁矿粉末和氧化镁粉末中的至少一种)和微/纳米氧化钛材料粉末(可采用金红石粉末和锐钛矿粉末中的至少一种)，按照摩尔比为微/纳米氧化铝材料粉末：微/纳米氧化镁材料粉末：微/纳米氧化钛材料粉末＝(100～110)：(90～98)：(1～10)进行配料、混合，混合均匀后的物料标记为L0；其中，镁砂骨料的外壳镁铝钛尖晶石原料满足如下条件：以质量百分比计氧化铝、氧化镁和氧化钛的含量均大于99wt％，原料粒径均为0.5μm≤d50≤1.5μm。

[0030] (3)称取适量的物料L0和聚乙烯醇溶液P0，按照质量比为L0：P＝(20～25)：(75～80)进行配料、搅拌，搅拌混匀后得到浆料L1；

[0031] (4)将尺寸满足d90≤10mm、d10≥1mm的镁砂颗粒置于步骤(3)得到的浆料L1中，搅拌10‑20min后，制得浆料L2；

[0032] (5)取60‑80目筛子过滤浆料L2，得筛上物料L3；

[0033] (6)取筛上料L3置于烘箱烘烤，烘烤后得到物料L4；其中，烘烤温度为110‑150℃，烘烤时间：12‑24h；

[0034] (7)取物料L4置于电阻炉或天然气炉进行热处理，热处理后得到镁铝钛尖晶石包覆镁砂颗粒(即本发明碱性耐火材料用镁砂骨料)；其中，热处理温度为1100‑1200℃，热处理时间为6‑12h。

[0035] 为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

[0036] 实施例1

[0037] 本实施例碱性耐火材料用镁砂骨料结构为核壳结构，包括内核镁砂和外壳镁铝钛尖晶石。本实施例中内核镁砂采用电熔镁砂，尺寸满足：d90＝10mm、d10＝3mm；外壳镁铝钛尖晶石原料组成包括微米α‑氧化铝粉、微米氧煅烧菱镁矿粉和微米金红石粉，原料粒径d50分别为1.5μm、1.0μm和1.1μm；微米α‑氧化铝粉：微米氧煅烧菱镁矿粉微：微米金红石粉的摩尔比＝100：90：10。以质量百分比计，包括如下组分：微米α‑氧化铝粉、微米氧煅烧菱镁矿粉和微米金红石粉中主要成分的含量分别99.1wt％、99.2wt％和99.4wt％；聚乙烯醇溶液浓度为25wt％；物料L0和聚乙烯醇溶液P0的质量比L0：P0＝20：80。

[0038] 本实施例碱性耐火材料用镁砂骨料的制备方法包括如下步骤：

[0039] (1)配置浓度为25wt％的聚乙烯醇溶液，溶液标记为P0；

[0040] (2)称取适量的微米α‑氧化铝粉、微米氧煅烧菱镁矿粉和微米金红石粉，按照摩尔比为微米α‑氧化铝粉：微米氧煅烧菱镁矿粉微：微米金红石粉＝100：90：10进行配料、混合，混合均匀后的物料标记为L0；

[0041] (3)称取适量的物料L0和聚乙烯醇溶液P0，按照质量比为L0：P0＝20：80进行配料、搅拌，搅拌均匀后得到浆料L1；

[0042] (4)将尺寸满足d90＝10mm、d10＝3mm的镁砂颗粒置于步骤(3)得到的浆料L1中，搅拌10min后，制得浆料L2；

[0043] (5)取60目筛子过滤浆料L2，得筛上物料L3；

[0044] (6)取筛上料L3置于烘箱烘烤，烘烤后得到物料L4；其中，烘烤温度为150℃，烘烤时间为12h；

[0045] (7)取物料L4置于电阻炉或天然气炉进行热处理，热处理后得到尖晶石包覆镁砂颗粒；其中，热处理温度为1100℃，热处理时间为12h。

[0046] 如图1所示，本实施例制得的碱性耐火材料用镁砂骨料表面的细小颗粒为镁铝钛尖晶石。经现场测试比对，以本实施例镁砂骨料制备的转炉底吹镁碳砖高于传统镁碳砖的炉次达26炉。

[0047] 实施例2

[0048] 本实施例碱性耐火材料用镁砂骨料结构为核壳结构，包括内核镁砂和外壳镁铝钛尖晶石。本实施例中内核镁砂采用电熔镁砂，尺寸满足：d90＝10mm、d10＝3mm；外壳镁铝钛尖晶石原料组成包括微米α‑氧化铝粉、微米氧煅烧菱镁矿粉和微米金红石粉，原料粒径d50分别为1.5μm、1.0μm和1.1μm；微米α‑氧化铝粉：微米氧煅烧菱镁矿粉微：微米金红石粉的摩尔比＝110：95：5。以质量百分比计，包括如下组分：微米α‑氧化铝粉、微米氧煅烧菱镁矿粉和微米金红石粉中主要成分的含量分别99.1wt％、99.2wt％和99.4wt％；聚乙烯醇溶液浓度为28wt％；物料L0和聚乙烯醇溶液P0的质量比L0：P0＝25：75。

[0049] 本实施例碱性耐火材料用镁砂骨料的制备方法包括如下步骤：

[0050] (1)配置浓度为28wt％的聚乙烯醇溶液，溶液标记为P0；

[0051] (2)称取适量的微米α‑氧化铝粉、微米氧煅烧菱镁矿粉和微米金红石粉，按照摩尔比为微米α‑氧化铝粉：微米氧煅烧菱镁矿粉微：微米金红石粉＝110：95：5进行配料、混合，混合均匀后的物料标记为L0；

[0052] (3)称取适量的物料L0和聚乙烯醇溶液P0，按照质量比为L0：P0＝25：75进行配料、搅拌，搅拌均匀后得到浆料L1；

[0053] (4)将尺寸满足d90＝10mm、d10＝3mm的镁砂颗粒置于步骤(3)得到的浆料L1中，搅拌15min后，制得浆料L2；

[0054] (5)取60目筛子过滤浆料L2，得筛上物料L3；

[0055] (6)取筛上料L3置于烘箱烘烤，烘烤后得到物料L4；其中，烘烤温度为130℃，烘烤时间为18h；

[0056] (7)取物料L4置于电阻炉或天然气炉进行热处理，热处理后得到尖晶石包覆镁砂颗粒；其中，热处理温度为1200℃，热处理时间为6h。

[0057] 如图2所示，本实施例制得的碱性耐火材料用镁砂骨料表面的细小颗粒为镁铝钛尖晶石。经现场测试比对，以本实施例镁砂骨料制备的转炉底吹镁碳砖高于传统镁碳砖的炉次达34炉。

[0058] 实施例3

[0059] 本实施例碱性耐火材料用镁砂骨料结构为核壳结构，包括内核镁砂和外壳镁铝钛尖晶石。本实施例中内核镁砂采用电熔镁砂，尺寸满足：d90＝10mm、d10＝3mm；外壳镁铝钛尖晶石原料组成包括微米γ‑氧化铝粉、氧化镁粉末和锐钛矿粉末，原料粒径d50分别为1.5μm、1.0μm和1.1μm；微米γ‑氧化铝粉：氧化镁粉末微：锐钛矿粉末的摩尔比＝105：98：1。以质量百分比计，包括如下组分：微米γ‑氧化铝粉、氧化镁粉末和锐钛矿粉末中主要成分的含量分别99.1wt％、99.2wt％和99.4wt％；聚乙烯醇溶液浓度为30wt％；物料L0和聚乙烯醇溶液P0的质量比L0：P0＝23：77。

[0060] 本实施例碱性耐火材料用镁砂骨料的制备方法包括如下步骤：

[0061] (1)配置浓度为30wt％的聚乙烯醇溶液，溶液标记为P0；

[0062] (2)称取适量的微米γ‑氧化铝粉、氧化镁粉末和锐钛矿粉末，按照摩尔比为微米γ‑氧化铝粉：氧化镁粉末微：锐钛矿粉末＝105：98：1进行配料、混合，混合均匀后的物料标记为L0；

[0063] (3)称取适量的物料L0和聚乙烯醇溶液P0，按照质量比为L0：P0＝23：77进行配料、搅拌，搅拌均匀后得到浆料L1；

[0064] (4)将尺寸满足d90＝10mm、d10＝3mm的镁砂颗粒置于步骤(3)得到的浆料L1中，搅拌20min后，制得浆料L2；

[0065] (5)取60目筛子过滤浆料L2，得筛上物料L3；

[0066] (6)取筛上料L3置于烘箱烘烤，烘烤后得到物料L4；其中，烘烤温度为110℃，烘烤时间为24h；

[0067] (7)取物料L4置于电阻炉或天然气炉进行热处理，热处理后得到尖晶石包覆镁砂颗粒；其中，热处理温度为1150℃，热处理时间为8h。

[0068] 如图3所示，本实施例制得的碱性耐火材料用镁砂骨料表面的细小颗粒为镁铝钛尖晶石。经现场测试比对，以本实施例镁砂骨料制备的转炉底吹镁碳砖高于传统镁碳砖的炉次达29炉。

[0069] 从上述结果可以看出，本发明涉及的镁砂骨料具有独特的尖晶石包覆镁砂颗粒的核壳结构，利用壳结构尖晶石与碳质材料(石墨、沥青、酚醛树脂、活性碳等)的高温惰性反应，避免了碳质材料与镁砂颗粒的高温氧化还原反应[xC(s)+MgO(s)→COx(g)+Mg(g)]，遏制了因碳损失和镁损失而引起的热学性能下降现象，提高了碱性耐火材料的服役寿命。

[0070] 请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。