本发明属于耐火材料领域，涉及一种橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料及制备方法。
背景技术：
铁水包、中间包、钢包等是冶炼、运输或浇注铁水、钢水的容器，环境温度普遍高于1400℃。容器内衬是工作层，直接接触高温熔体，次外是永久层，再外是隔热纤维板和钢壳。永久层的主要作用是隔热保温，以降低能耗；并能在工作层突发失效时，能抵挡住高温钢水烧穿钢壳，维护设备安全。这要求它具有优良的耐高温性和高温体积稳定性，以及尽可能低的导热率。目前高温容器的永久层一般采用优质高铝质浇注料，以高铝质轻质颗粒或空心球为骨料，同时为改善高温力学性能，粉料中经常加入al2o3和sio2微粉。“一种高铝空心球轻质浇注料及其制备方法”（cn105645936a）专利技术以高铝空心球、焦宝石、矾土细粉、al2o3和sio2微粉、铝酸钙水泥制得。“高强低导热节能耐火材料”（cn105272276a）专利技术采用微孔莫来石骨料、活性al2o3和sio2微粉、高温水泥和矾土细粉制成。尽管其隔热性能较好，但是高铝材料的耐高温性不足；高铝材料属于酸性耐火材料，抗碱性气氛侵蚀能力差；由于优质高铝矾土在炼铝、耐火材料行业被大量使用，当前它的储备资源越来越少，永久层的制造成本越来越高。
橄榄石是mgo-sio2二元系中稳定的弱碱性化合物，熔点为1890℃，高温性能优良，热导率低，仅为mgo的1/3～1/4，适用于热工设备的永久层。我国橄榄石资源丰富，在河南、河北、陕西、内蒙古等地大量分布。尽管天然橄榄石经常含有氧化铁夹杂，但是经过原料拣选并控制加入量，不会明显降低耐火材料的高温性能。“橄榄石耐火浇注料”（cn102617165a）专利技术以橄榄石骨料和细粉，以及氧化硅微粉为原料制得，具有较低的制备成本和较高的高温性能。除了天然橄榄石之外，也有合成橄榄石被应用于耐火材料中。“含合成橄榄石的永久层浇注料”（cn105130473a）专利技术以合成橄榄石颗粒及细粉、石英颗粒及细粉、镁砂细粉为原料制得。它的原料价格低，制备成本低；耐高温性优良；耐压强度高，达到30mpa；导热率虽然较镁质浇注料大幅降低，但是普遍高于高铝质材料，隔热保温效果较差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料及制备方法，不仅制备成本低，耐高温性好，能抗碱性气氛侵蚀，而且隔热保温性能比单纯橄榄石浇注料好。
本发明所述的一种橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料及制备方法，经配料、混料、浇注成型制得，所用原料由40~50vol%体积含量的镁铝尖晶石空心球骨料和50～60vol%体积含量的粉料组成。所用粉料的种类及含量为：天然橄榄石细粉10-40wt%，氧化镁细粉50-70wt%、氧化硅细粉10-35wt%，氧化硅微粉5-15wt%，外加所述粉料比例的0.15~0.35wt%的六偏磷酸钠。将上述原料干混1~2分钟，再加入原料总量8～15wt%的水，湿混2~4分钟，即得到橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料。
所述的镁铝尖晶石空心球的主要化学成分是al2o3：65~85wt%，mgo：15~35wt%，sio2：0~8wt%；镁铝尖晶石空心球的堆积密度是0.88g/cm3；镁铝尖晶石空心球按体积比的颗粒级配为：小于8mm且大于5mm的颗粒为20~35vol%，小于5mm且大于3mm的颗粒为30~50vol%，小于3mm且大于1mm的颗粒为15~30vol%。
所述的天然橄榄石细粉的化学成分是mgo：45~50wt%，sio2：38~44wt%，fe2o3：5~10wt%；粒度≤0.1mm。
所述的氧化镁细粉的化学成分是mgo≥95%，粒度≤0.044mm。
所述的氧化硅细粉的化学成分是sio2≥96%，粒度≤0.074mm。
所述的氧化硅微粉的化学成分是sio2≥97%，粒度≤3μm。
所述的六偏磷酸钠化学成分是na6p6o18≥98%，粒度≤0.1μm。
本发明具有以下发明特点：
本发明所述的一种橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料及制备方法，其主要特点是将镁铝尖晶石空心球作为骨料应用到橄榄石为基质的浇注料中。镁铝尖晶石空心球具有中空结构，体积密度低，以其为骨料制备的橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料具有较高的气孔率和较低的体积密度，保证了它具有低的热导率和良好的隔热保温效果；橄榄石和镁铝尖晶石的熔点分别为1890℃和2130℃，保证了橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料具有较高的耐火性；橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料属于碱性耐火材料，具有良好的抗碱性气氛侵蚀作用。
本发明所制备的橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料经震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时后检测：体积密度为1.50~1.76g/cm3，显气孔率为26~34％，常温耐压强度为5.2~7.1mpa；在1400℃×3h热处理后经检测：体积密度为1.55~1.75g/cm3，显气孔率为25~35%；常温耐压强度为8.5~15.2mpa，烧后线变化率为-0.72~-0.86％；500℃时的导热系数为0.85~0.96w/mk。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步说明。为避免重复，先将本具体实施方式中所涉及的原料作统一描述，实例中不再赘述：
所述的镁铝尖晶石空心球主要化学成分是al2o3：65~85wt%，mgo：15~35wt%，sio2：0~8wt%；镁铝尖晶石空心球的堆积密度是0.88g/cm3；镁铝尖晶石空心球按体积比的颗粒级配为：小于8mm且大于5mm的颗粒为20~35vol%，小于5mm且大于3mm的颗粒为30~50vol%，小于3mm且大于1mm的颗粒为15~30vol%。
所述的天然橄榄石细粉的化学成分是mgo：45~50wt%，sio2：38~44wt%，fe2o3：5~10wt%；粒度≤0.1mm。
所述的氧化镁的化学成分是mgo≥95%，粒度≤0.044mm。
所述的氧化硅的化学成分是sio2≥96%，粒度≤0.074mm。
所述的氧化硅微粉的化学成分是sio2≥97%，粒度≤3μm。
所述的六偏磷酸钠化学成分是na6p6o18≥98%，粒度≤0.1μm。
实施例1：
一种橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料及其制备方法，经配料、混料、震动成型后制得，所用原料由45vol%体积含量的镁铝尖晶石空心球和55vol%体积含量的细粉组成。所用细粉的种类及含量为：天然橄榄石细粉15wt%，氧化镁细粉49wt%、氧化硅细粉28wt%，氧化硅微粉8wt%，外加所述粉料比例的0.25wt%的六偏磷酸钠。将上述原料干混1~2分钟，再加入原料总量8wt%的水，湿混2~4分钟，即得到橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料。
本实施例所制备的橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料经震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时后检测：体积密度为1.63g/cm3，显气孔率为30％，常温耐压强度为6.2mpa；此浇注料在1400℃×3h热处理后经检测：体积密度为1.70g/cm3，显气孔率为29%；常温耐压强度为14.2mpa，烧后线变化率为-0.83％；500℃时的导热系数为0.90w/mk。
实施例2：
一种橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料及其制备方法，经配料、混料、震动成型后制得，所用原料由45vol%体积含量的镁铝尖晶石空心球和55vol%体积含量的细粉组成。所用细粉的种类及含量为：天然橄榄石细粉30wt%，氧化镁细粉40wt%、氧化硅细粉22wt%，氧化硅微粉8wt%，外加所述粉料比例的0.25wt%的六偏磷酸钠。将上述原料干混1~2分钟，再加入原料总量8wt%的水，湿混2~4分钟，即得到橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料。
本实施例所制备的橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料经震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时后检测：体积密度为1.67g/cm3，显气孔率为29％，常温耐压强度为5.5mpa；此浇注料在1400℃×3h热处理后经检测：体积密度为1.72g/cm3，显气孔率为29%；常温耐压强度为13.7mpa，烧后线变化率为-0.79％；500℃时的导热系数为0.91w/mk。
实施例3：
一种橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料及其制备方法，经配料、混料、震动成型后制得，所用原料由50vol%体积含量的镁铝尖晶石空心球和50vol%体积含量的细粉组成。所用细粉的种类及含量为：天然橄榄石细粉15wt%，氧化镁细粉49wt%、氧化硅细粉28wt%，氧化硅微粉8wt%，外加所述粉料比例的0.25wt%的六偏磷酸钠。将上述原料干混1~2分钟，再加入原料总量8wt%的水，湿混2~4分钟，即得到橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料。
本实施例所制备的橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料经震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时后检测：体积密度为1.56g/cm3，显气孔率为28％，常温耐压强度为5.9mpa；此浇注料在1400℃×3h热处理后经检测：体积密度为1.60g/cm3，显气孔率为26%；常温耐压强度为12.1mpa，烧后线变化率为-0.80％；500℃时的导热系数为0.78w/mk。
实施例4：
一种橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料及其制备方法，经配料、混料、震动成型后制得，所用原料由50vol%体积含量的镁铝尖晶石空心球和50vol%体积含量的细粉组成。所用细粉的种类及含量为：天然橄榄石细粉30wt%，氧化镁细粉40wt%、氧化硅细粉22wt%，氧化硅微粉8wt%，外加所述粉料比例的0.25wt%的六偏磷酸钠。将上述原料干混1~2分钟，再加入原料总量8wt%的水，湿混2~4分钟，即得到橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料。
本实施例所制备的橄榄石结合镁铝尖晶石空心球浇注料经震动成型，成型后的坯体在空气中自然干燥24小时，然后在110℃条件下干燥24小时后检测：体积密度为1.62g/cm3，显气孔率为28％，常温耐压强度为5.7mpa；此浇注料在1400℃×3h热处理后经检测：体积密度为1.65g/cm3，显气孔率为27%；常温耐压强度为12.0mpa，烧后线变化率为-0.78％；500℃时的导热系数为0.81w/mk。