本发明属于耐火材料技术领域，特别涉及一种提钒炉专用镁碳稀土砖及其制备方法。
背景技术：
钒的用途十分广泛，素有金属“维生素”之称，是发展现代工业、现代国防和现代科学技术不可缺少的重要材料；据相关资料报道，世界上钒储量有98%产于钒钛磁铁矿，每年从钒钛磁铁矿中提取的钒制品约占世界钒制品生产总量的88%；因此，利用提钒炉进行铁水预提钒是目前世界上普遍应用的一种工艺，我国一般采用转炉进行铁水提钒和半钢冶炼的方法来冶炼钒钛磁铁矿。
目前提钒炉普遍采用镁碳砖作为工作内衬，但是由于提钒炉内的工作温度较低，一般要求在1390~1420oC，而且工作环境为高氧化性和酸性条件；在这样的工作条件下，镁碳砖在高氧化性条件下被氧化形成脱碳层后，脱碳层中镁砂颗粒难以在1390~1420oC的条件下进行烧结，导致脱碳层的强度较低，最终致使内衬在提钒过程中受到炉渣的侵蚀和冲刷而剥落，严重影响炉衬寿命，而且影响钒渣的品位。此外，由于脱碳层的强度较低，使得采用溅渣护炉技术时，导致脱碳层和溅渣在下一炉次熔渣的侵蚀和冲刷作用下一起剥落，使得溅渣护炉效果降低；鉴于上述原因，目前世界上的提钒炉使用寿命普遍较低，我国攀钢提钒转炉寿命一般在8000炉以下，远低于普通炼钢转炉的20000炉，因此传统的镁碳砖难以满足提钒炉生产的需求，急需开发一种能够满足含钒铁水提钒炉使用的新型品种的耐火材料。
技术实现要素：
针对目前提钒炉所用镁碳砖在提钒过程中所存在的上述问题，本发明提供一种提钒炉专用镁碳稀土砖及其制备方法，通过改变耐火砖的成分组成，使其能够在提钒温度下（1380 ~ 1420℃）提高脱碳层的抗冲刷性能以及挂渣性能，从而提高提钒炉的使用寿命。
本发明的提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂78~88%，鳞片状石墨粉8~15%，稀土氧化物1~12%，网状固定碳0.5~5%，抗氧化剂0.5~5%；所述的电熔镁砂为97电熔镁砂、98C高纯镁砂、大结晶电熔镁砂、975二钙电熔镁砂或98二钙电熔镁砂，粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的10~25%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的25~40%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的30~45%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的10~17%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的5%以下，粒径≤0.088mm的部分占总重量的1%以下。
上述的鳞片状石墨粉中固定碳的重量含量≥98%，鳞片状石墨粉的粒径≥0.125mm，单个鳞片状石墨粉厚度δ≤0.015mm。
上述网状固定碳是采用沥青、酚醛树脂或两者的混合物为原料，经过预加热改性后得到的网络状结构的含碳结合剂，其中碳的重量含量≥50%。
上述稀土氧化物为Y2O3、CeO2、La2O3、Nd2O3和Sm2O3中的一种或两种以上混合物，其中稀土氧化物的纯度≥95%，粒度≤200目。
上述抗氧化剂为铝粉、硅粉、碳化硅粉和B4C粉中的一种或两种以上混合物，其中铝粉、硅粉、碳化硅粉和B4C纯度≥98.5%，粒度≤300目。
本发明的提钒炉专用镁碳稀土砖的制备方法按以下步骤进行：
1、 准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾1~2分钟，然后加入网状固定碳混碾1~2分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾1~2分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾1~2分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾17~22分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度30~80 r/min；
2、将混合原料置于困料室中困料24h以上，然后在200~250MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
3、将砖坯放置在干燥窑内，在180~220℃条件下干燥18~22h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖。
上述所述方法中物料混碾总时间不少于25mim。
本发明的提钒炉用镁碳稀土砖中的稀土氧化物可以促进脱碳层中镁砂颗粒在适宜提钒温度的条件下烧结，产生的烧结活性能够使得脱碳层能够实现与原砖结合牢固，使得脱碳层在熔池的冲刷下不剥落，而且满足溅渣护炉工艺；本发明提供的含稀土氧化物镁碳稀土砖制备方法简单，具备良好的应用前景。
具体实施方式
本发明实施例中选用的电熔镁砂为97电熔镁砂、98C高纯镁砂、大结晶电熔镁砂、975二钙电熔镁砂和98二钙电熔镁砂均为市购产品。
本实施例中选用的鳞片状石墨、稀土氧化物（Y2O3、CeO2、La2O3、Nd2O3和Sm2O3）、沥青均为市购产品。
本实施例中选用的酚醛树脂为市购热固性液态酚醛树脂。
本实施例中选用的抗氧化剂为铝粉、硅粉、碳化硅粉或B4C粉均为市购产品。
本发明实施例中选用的混料机为JW500型轮碾式混料机。
本发明实施例中选用的砖坯成型设备为J53-1000B型（液压）双盘摩擦压力机。
本发明实施例中选用的干燥设备为全自动红外线电干燥窑。
本发明实施例中的经过预加热改性后得到的网络状结构的含碳结合剂是指：将沥青、酚醛树脂或两者的混合物加热至82±1℃保温3~4h，然后冷却至常温。
本发明实施例中的提钒炉用镁碳稀土砖的常温耐压强度为39~56MPa。
本发明实施例中测定常温耐压强度采用的标准GB 为T 5072-2008。
实施例1
提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂78%，鳞片状石墨粉13%，稀土氧化物3.5%，网状固定碳5%，抗氧化剂0.5%；所述的电熔镁砂为97电熔镁砂（其中Mg≥97%，颗粒密度≥3.45g/cm3，灼减≤0.3%），粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的18.3%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的31.4%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的36.9%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的11.5%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的1.2%，粒径≤0.088mm的部分占总重量的0.7%；
鳞片状石墨粉中固定碳的重量含量98.5%，鳞片状石墨粉的粒径0.125~0.18mm，单个鳞片状石墨粉厚度δ≤0.015mm；
网状固定碳是采用沥青为原料，经过预加热改性后得到的网络状结构的含碳结合剂，其中碳的重量含量54%；
稀土氧化物为Y2O3，纯度≥95%，粒度≤200目；
抗氧化剂为铝粉，纯度≥98.5%，粒度≤300目；
制备方法为：
准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾1分钟，然后加入网状固定碳混碾2分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾1分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾2分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾19分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度30 r/min；混碾总时间25mim；
将混合原料置于困料室中困料24h，然后在230MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯放置在干燥窑内，在180℃条件下干燥22h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖，常温耐压强度为39MPa。
实施例2
提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂88%，鳞片状石墨粉8%，稀土氧化物1%，网状固定碳2%，抗氧化剂1%；所述的电熔镁砂为98C高纯镁砂（MgO≥97.2%，颗粒密度≥3.25g/cm3，灼减≤0.3%），粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的17.6%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的29.8%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的38.4%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的12.1%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的1.5%，粒径≤0.088mm的部分占总重量的0.6%；
鳞片状石墨粉同实施例1；
网状固定碳是采用酚醛树脂为原料，经过预加热改性后得到的网络状结构的含碳结合剂，其中碳的重量含量57%；
稀土氧化物为CeO2，纯度≥95%，粒度≤200目；
抗氧化剂为硅粉，纯度≥98.5%，粒度≤300目；
制备方法为：
准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾2分钟，然后加入网状固定碳混碾2分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾2分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾2分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾17分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度80 r/min；混碾总时间25mim；
将混合原料置于困料室中困料28h，然后在250MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯放置在干燥窑内，在220℃条件下干燥18h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖，常温耐压强度为45MPa。
实施例3
提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂80%，鳞片状石墨粉10%，稀土氧化物2%，网状固定碳3%，抗氧化剂5%；所述的电熔镁砂为975二钙电熔镁砂（其中MgO≥97.5%，CaO/SiO2摩尔比≥2，颗粒密度≥3.45g/cm3），粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的12.4%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的34.2%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的33.8%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的16.1%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的2.6%，粒径≤0.088mm的部分占总重量的0.9%；
鳞片状石墨粉同实施例1
网状固定碳是采用沥青和酚醛树脂的等质量混合物为原料，经过预加热改性后得到的网络状结构的含碳结合剂，其中碳的重量含量55%；
稀土氧化物为La2O3，纯度≥95%，粒度≤200目；
抗氧化剂为碳化硅粉，纯度≥98.5%，粒度≤300目；
制备方法为：
准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾1分钟，然后加入网状固定碳混碾1分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾1分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾1分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾22分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度50 r/min；混碾总时间26mim；
将混合原料置于困料室中困料25h，然后在200MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯放置在干燥窑内，在200℃条件下干燥20h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖，常温耐压强度为42MPa。
实施例4
提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂79%，鳞片状石墨粉8%，稀土氧化物12%，网状固定碳0.5%，抗氧化剂0.5%；所述的电熔镁砂为98二钙电熔镁砂（其中MgO≥98%，CaO/SiO2摩尔比≥2，颗粒密度≥3.50g/cm3），粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的18.1%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的29.7%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的34.5%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的13.7%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的3.2%，粒径≤0.088mm的部分占总重量的0.8%；
鳞片状石墨粉同实施例1
网状固定碳同实施例1；
稀土氧化物为Nd2O3，纯度≥95%，粒度≤200目；
抗氧化剂为B4C粉，纯度≥98.5%，粒度≤300目；
制备方法为：
准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾2分钟，然后加入网状固定碳混碾1分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾2分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾1分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾20分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度60 r/min；混碾总时间26mim；
将混合原料置于困料室中困料24h，然后在240MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯放置在干燥窑内，在180℃条件下干燥22h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖，常温耐压强度为50MPa。
实施例5
提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂78%，鳞片状石墨粉15%，稀土氧化物3%，网状固定碳2%，抗氧化剂2%；所述的电熔镁砂同实施例1，粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的25%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的25%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的34%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的11%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的4%，粒径≤0.088mm的部分占总重量的1%；
鳞片状石墨粉同实施例1
网状固定碳同实施例2；
稀土氧化物为Sm2O3，纯度≥95%，粒度≤200目；
抗氧化剂为铝粉、硅粉、碳化硅粉和B4C粉是等质量混合物，其中铝粉、硅粉、碳化硅粉和B4C纯度≥98.5%，粒度≤300目；
制备方法为：
准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾2分钟，然后加入网状固定碳混碾2分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾2分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾2分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾20分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度40 r/min；混碾总时间28mim；
将混合原料置于困料室中困料28h，然后在250MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯放置在干燥窑内，在220℃条件下干燥18h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖，常温耐压强度为48MPa。
实施例6
提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂84%，鳞片状石墨粉9%，稀土氧化物2%，网状固定碳2%，抗氧化剂3%；所述的电熔镁砂为同实施例2，粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的10%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的40%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的30%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的15%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的4.5%，粒径≤0.088mm的部分占总重量的0.5%；
鳞片状石墨粉同实施例1
网状固定碳同实施例3；
稀土氧化物为Y2O3、CeO2、La2O3、Nd2O3和Sm2O3的等质量混合物，稀土氧化物的纯度≥95%，粒度≤200目；
抗氧化剂为铝粉和B4C粉的等质量混合物，其中铝粉和B4C纯度≥98.5%，粒度≤300目；
制备方法为：
准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾2分钟，然后加入网状固定碳混碾2分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾2分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾2分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾18分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度40 r/min；混碾总时间26mim；
将混合原料置于困料室中困料26h，然后在220MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯放置在干燥窑内，在200℃条件下干燥20h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖，常温耐压强度为56MPa。
实施例7
提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂81%，鳞片状石墨粉10%，稀土氧化物6%，网状固定碳1.5%，抗氧化剂1.5%；所述的电熔镁砂同实施例3，粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的11%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的26%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的45%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的12%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的5%，粒径≤0.088mm的部分占总重量的1%；
鳞片状石墨粉同实施例1
网状固定碳同实施例1；
稀土氧化物为Y2O3和Sm2O3的等质量混合物，稀土氧化物的纯度≥95%，粒度≤200目；
抗氧化剂为硅粉和碳化硅粉的等质量混合物，其中硅粉和碳化硅粉纯度≥98.5%，粒度≤300目；
制备方法为：
准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾2分钟，然后加入网状固定碳混碾2分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾2分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾2分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾19分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度80 r/min；混碾总时间27mim；
将混合原料置于困料室中困料24h，然后在200MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯放置在干燥窑内，在200℃条件下干燥20h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖，常温耐压强度为50MPa。
实施例8
提钒炉用镁碳稀土砖的原料成分按重量百分比为电熔镁砂79%，鳞片状石墨粉10%，稀土氧化物3%，网状固定碳3%，抗氧化剂5%；所述的电熔镁砂为大结晶电熔镁砂，粒径≤5mm，其中粒径小于等于5mm 大于3mm的部分占总重量的15%，粒径小于等于3mm大于2 mm的部分占总重量的35%，粒径小于等于2mm大于1mm的部分占总重量的37%、粒径小于等于1mm大于0.5mm的部分占总重量的10%，粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占总重量的2%，粒径≤0.088mm的部分占总重量的1%；
鳞片状石墨粉同实施例1
网状固定碳同实施例1；
稀土氧化物为Y2O3和Sm2O3的等质量混合物，稀土氧化物的纯度≥95%，粒度≤200目；
抗氧化剂为硅粉和碳化硅粉的等质量混合物，其中硅粉和碳化硅粉纯度≥98.5%，粒度≤300目；
制备方法为：
准备电熔镁砂，将其中粒径小于等于5mm大于3mm的部分、粒径小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒径小于等于2mm大于1mm的部分置于混料机中混碾2分钟，然后加入网状固定碳混碾2分钟，再加入鳞片状石墨粉混碾2分钟，再继续加入粒径小于等于1mm大于0.5mm的电熔镁砂、粒径小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒径≤0.088mm的电熔镁砂混碾2分钟，最后加入稀土氧化物和抗氧化剂高速混碾18分钟，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度50 r/min；混碾总时间26mim；
将混合原料置于困料室中困料24h，然后在220MPa 的压力下压制成型，制成砖坯；
将砖坯放置在干燥窑内，在200℃条件下干燥20h，获得提钒炉专用镁碳稀土砖，常温耐压强度为51MPa。