本发明涉及耐火材料技术领域，具体地指一种碳纤维增强镁碳砖及其制备方法。
背景技术：
镁碳砖(mgo-c)以其优良的抗渣侵蚀、抗热震和高温力学强度等性能而在炼钢转炉、钢包工作衬得到广泛应用。但从用后转炉、钢包的破损调查看，镁碳砖的损毁主要是：碳的抗氧化性差、易氧化，随之带来砖体抗渣侵蚀、抗剥落性变差；镁碳砖所采用的碳主要是鳞片石墨，由于其独特的片层结构会在砖体成型时，平行压力成型方向产生弹性效应，造成砖体结构出现层裂及传热各向异性而引起的应力集中，加速砖体结构破坏。
针对上述不足，中国专利(授权公告号：cn103539465b)公开了一种高性能镁碳砖及其制备方法，镁碳砖原料组分与重量百分比为：烧结镁砂72～83％，颗粒状石墨3～15％，抗氧化剂1～5％，结合剂2～5％。因而该发明专利主要是通过采用颗粒状石墨替代鳞片石墨的措施，达到提高材料的成品率及抗热剥落、结构剥落性能。但颗粒状石墨以人造石墨、废石墨电极或废石墨碳套辊为原料，通过先破碎成1～0.045mm的颗粒再浸渍铝溶胶或锆溶胶后烘干制备，因而制备相对繁琐。此外，文献“加碳纤维的mgo一c砖的机械性能,《国外耐火材料》1993，no6”，指出了mgo-c砖剥落损毁的主要原因在于使用工况条件的恶劣以及金属添加剂形成的陶瓷结合相，虽然提高mgo-c砖的碳含量有利于耐剥落性的改善，但不利于耐蚀性、耐磨损性的提高，为此，试验研究了少量加入碳纤维对mgo-c砖机械性能的影响，结果表明，少量加入3mm长的碳纤维具有改善mgo-c砖抗剥落的可能性。但未能报道具体的加入方式与混合分散效果，仅停留在试验研究的初始阶段。
技术实现要素：
本发明针对现有技术存在的缺陷，提供了一种碳纤维增强镁碳砖及其制备方法。该镁碳砖具有抗氧化、抗渣侵蚀和抗热剥落性能强的特点，使用该镁碳砖能有效提高了转炉及钢包使用寿命，有利于冶金企业降本增效。
为实现上述目的，本发明提供的一种碳纤维增强镁碳砖，所述镁碳砖的原料按重量百分数比计由50～60％的烧结镁砂、20～30％的电熔镁砂、3～10％的鳞片石墨、1～2％的短切碳纤维、2～5％的抗氧化剂和3～7％的结合剂；
进一步地，所述烧结镁砂按粒度大小分为3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三个级配，三个级配的烧结镁砂占原料总重量的百分数分别为15～20％、20～25％和10～15％。
再进一步地，所述电熔镁砂按粒度大小分为0.088～1mm和<0.074mm两个级配，两个级配的电熔镁砂占原料总重量的百分数分别为10～15％和10～15％。
再进一步地，所述短切碳纤维直径5～9μm，长度为0.074～0.3mm，碳含量≥95wt％。
再进一步地，所述鳞片石墨的固定碳含量≥95％，粒度为<0.074mm。
再进一步地，所述抗氧化剂由金属铝粉、金属硅粉和碳化硅粉组成，所述金属铝粉、金属硅粉和碳化硅粉占原料总重量的百分数分别为0.5～1.5％、1～2％和0.5～2.5％；其中，铝粉和硅粉的粒度为<0.074mm，碳化硅粉<0.044mm。
再进一步地，所述结合剂为热固性酚醛树脂。
本发明还提供了一种上述碳纤维增强镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：
1)按上述重量百分数比称取50～60％的烧结镁砂、20～30％的电熔镁砂、3～10％的鳞片石墨、1～2％的短切碳纤维、2～5％的抗氧化剂和3～7％的结合剂，备用
2)将烧结镁砂破碎分级成3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三种级配的原料，将电熔镁砂破碎、磨细，并分级成0.088～1mm和<0.074mm两种级配的原料，备用；
3)将粒度<0.074mm的电熔镁砂、鳞片石、抗氧化剂加入到圆盘式搅拌机搅拌4～6min后，再分撒加入短切碳纤维搅拌10～15min，再加入0.088～1mm的电熔镁砂和0.088～1mm烧结镁砂，搅拌5～10min后获得混合料备用；
4)将3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm两种级配的烧结镁砂，加入混碾机中干混3～5min，再加入热固性酚醛树脂继续混碾5～10min，最后加入混合料混碾20～30min，得到预压料；
5)将预压料加入模具中，进行加压成型；
6)将成型的坯料送入烘房内，进行烘烤；烘烤后进行检验和包装，即得到碳纤维增强镁碳砖。
本发明的有益效果在于：
本发明的碳纤维增强镁碳砖，通过添加短切碳纤维，利用短切碳纤维的增强增韧机制，提高了镁碳砖的力学性能与抗热震剥落性能；利用短切碳纤维石墨化不充分的特点，改善了碳纤维与镁碳砖基质之间的结合，提高了镁碳砖的致密性能、高温力学性能、抗氧化性能与抗结构剥落性能；利用加入的短切碳纤维直径小、纤维长度短的特点，避免搅拌混合过程中纤维的缠绕打结，并通过特殊的分散混合方法，实现了短切短纤维在混合料中的均匀分散，显著提高了短切碳纤维的分散均匀性，强化了碳素材料抗侵润、抗侵蚀、抗渗透性能，大幅度提高镁碳砖的抗损毁能力。通过烧结镁砂与电熔镁砂的复合，利用两种镁砂物相结构的互补作用，进一步提高了镁碳砖的抗热震性能，同时，降低了镁碳砖的杂质含量，改善了镁碳砖的抗侵蚀性能、高温力学性能和抗冲刷性能。
本发明通过科学合理的配料及热处理工艺，制备的镁碳砖抗氧化、抗渣侵蚀及抗热剥落、结构剥落性能优良，使用寿命长，满足了炼钢转炉、钢包，特别是在钢包渣线的抗氧化、抗渣侵蚀及抗剥落等性能要求。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1：
碳纤维增强镁碳砖1，所述镁碳砖的原料按重量百分数比计由50％的烧结镁砂、30％的电熔镁砂、9.5％的鳞片石墨、1％的短切碳纤维、0.5％的金属铝粉、2％的金属硅粉、1％的碳化硅粉、6％的热固性酚醛树脂；
烧结镁砂按粒度大小分为3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三个级配，三个级配的烧结镁砂占原料总重量的百分数分别为15％、25％和10％。
电熔镁砂按粒度大小分为0.088～1mm和<0.074mm两个级配，两个级配的电熔镁砂占原料总重量的百分数分别为15％和15％。
上述碳纤维增强镁碳砖的制备方法，包括以下步骤：
1)按上述重量百分数比称取烧结镁砂、电熔镁砂、鳞片石墨、短切碳纤维、抗氧化剂和结合剂，备用
2)按上述重量百分比将烧结镁砂破碎分级成3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三种级配的原料，并按上述重量百分比将电熔镁砂破碎、磨细，并分级成0.088～1mm和<0.074mm两种级配的原料，备用；
3)将粒度<0.074mm的电熔镁砂、鳞片石、抗氧化剂加入到圆盘式搅拌机搅拌4～6min后，再分撒加入短切碳纤维搅拌10～15min，再加入0.088～1mm的电熔镁砂和0.088～1mm烧结镁砂，搅拌5～10min后获得混合料备用；
4)将3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm两种级配的烧结镁砂，加入混碾机中干混3～5min，再加入热固性酚醛树脂继续混碾5～10min，最后加入混合料混碾20～30min，得到预压料；
5)将预压料加入模具中，进行加压成型；
6)将成型的坯料送入烘房内，进行烘烤；烘烤后进行检验和包装，即得到碳纤维增强镁碳砖1。
与常规碳含量相同的镁碳砖相比，1100℃风冷次数提高3次，110℃×24h烘烤和1100℃×3h、1450℃×3h埋炭热处理后抗折强度均提高30％以上。
实施例2
碳纤维增强镁碳砖2，所述镁碳砖的原料按重量百分数比计由60％的烧结镁砂、20％的电熔镁砂、8.5％的鳞片石墨、1.5％的短切碳纤维、0.5％的金属铝粉、2％的金属硅粉、2.5％的碳化硅粉、5％的热固性酚醛树脂；
烧结镁砂按粒度大小分为3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三个级配，三个级配的烧结镁砂占原料总重量的百分数分别为20％、25％和15％。
电熔镁砂按粒度大小分为0.088～1mm和<0.074mm两个级配，两个级配的电熔镁砂占原料总重量的百分数分别为10％和10％。
与常规碳含量相同的镁碳砖相比，1100℃风冷次数提高3次，110℃×24h烘烤和1100℃×3h、1450℃×3h埋炭热处理后抗折强度均提高30％以上。
实施例3
碳纤维增强镁碳砖3，所述镁碳砖的原料按重量百分数比计由55％的烧结镁砂、27.5％的电熔镁砂、7％的鳞片石墨、5％的短切碳纤维、1％的金属铝粉、1％的金属硅粉、0.5％的碳化硅粉、6％的热固性酚醛树脂；
烧结镁砂按粒度大小分为3mm＜粒度≤5mm、1mm＜粒度≤3mm和0.088mm＜粒度≤1mm三个级配，三个级配的烧结镁砂占原料总重量的百分数分别为20％、20％和15％。
电熔镁砂按粒度大小分为0.088～1mm和<0.074mm两个级配，两个级配的电熔镁砂占原料总重量的百分数分别为15％和12.5％。
上述原料均购于市面，短切碳纤维直径5～9μm，长度为0.074～0.3mm，碳含量≥95wt％；
鳞片石墨的固定碳含量≥95％，粒度为<0.074mm；铝粉和硅粉的粒度为<0.074mm，碳化硅粉<0.044mm。
与常规碳含量相同的镁碳砖相比，1100℃风冷次数提高3次，110℃×24h烘烤和1100℃×3h、1450℃×3h埋炭热处理后抗折强度均提高30％以上。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。