本发明涉及冶金材料技术领域，具体涉及一种钢包镁碳砖用保护材料及其制备方法和应用。
背景技术：
镁碳砖是以高熔点碱性氧化物氧化镁(熔点2800℃)和难以被炉渣侵润的高熔点碳素材料作为原料，添加各种非氧化物添加剂。用炭质结合剂结合而成的不烧炭复合耐火材料。镁碳砖主要用于转炉、交流电弧炉、直流电弧炉的内衬，钢包的渣线等部位。
冶炼过程中，在装入钢水前需要对钢包内衬进行烘烤，烘烤温度大概在1200℃左右。由于镁碳砖中含有碳素材料，其在烘烤过程中会与空气中的氧气发生反应，形成厚度约为10-30mm的脱碳层，该脱碳层疏松，极易掉落入钢水或熔渣中。脱碳层的存在，一方面降低了镁碳砖的厚度，缩短了钢包的使用寿命；另一方面，脱落掉入钢水中的脱碳层作为杂质，会影响钢水的成分，进而降低钢材的质量。
cn105000897a中提供了一种钢包镁碳砖用保护材料及其应用方法，该保护材料在铝镁砖表面形成保护涂膜，该保护涂膜在室温至500℃的温度范围内因涂膜内炭黑的氧化而减少气氛中的氧气和二氧化碳向镁碳砖表面传递，大幅降低镁碳砖中碳的氧化。降低了镁碳砖的消耗，延长钢包的使用寿命，降低了生产成本，而且使用非常方便。该方法炭黑的消耗量很大，而炭黑的价格较高，在使用过程中存在着成本高的问题，不利用工业化推广。
技术实现要素：
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种钢包镁碳砖用保护材料及其制备方法和应用，该材料能够防止镁碳砖中的碳在钢包烘烤过程中被氧化，抑制脱碳层的形成，进而提高了镁碳砖的使用寿命。
第一方面，本发明提供了一种钢包镁碳砖用保护材料，所述材料按质量百分含量计含有以下组分：
本发明各组分相互配合，随着温度的升高，该保护材料逐渐熔化凝聚为玻璃态，紧紧粘附在铝镁砖的表面，隔绝了铝镁砖和空气的接触，进而有效抑制脱碳层的形成。本发明加入少量炭黑，其能够通过与氧气优先结合反应，进而能够防止所述保护材料在完全玻璃化之前氧气和铝镁砖中的碳元素发生反应而形成脱碳层。
根据本发明，按质量百分含量计，所述钢包镁碳砖用保护材料中高岭土的含量为25-40％，例如可以是25％、27％、30％、32％、35％、37％或40％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述钢包镁碳砖用保护材料中硼玻璃粉的含量为20-30％，例如可以是20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述钢包镁碳砖用保护材料中二氧化钛的含量为10-20％，例如可以是10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述钢包镁碳砖用保护材料中硅酸钠的含量为5-12％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％或12％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述钢包镁碳砖用保护材料中聚乙烯醇的含量为2-10％，例如可以是2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，按质量百分含量计，所述钢包镁碳砖用保护材料中炭黑的含量为2-5％，例如可以是2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
本发明所述钢包镁碳砖用保护材料中各组分之和为100％。
作为优选的技术方案，本发明所述材料按质量百分含量计含有以下组分：
作为优选的技术方案，本发明所述材料按质量百分含量计含有以下组分：
根据本发明，所述高岭土粒度小于2μm的含量占90-95％，例如可以是90％、91％、92％、93％、94％或95％，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述二氧化钛的粒度为0.5-2μm，例如可以是0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、1.8μm或2μm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述炭黑的粒度≤10μm，例如可以是0.1μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，以及其他小于10μm的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
根据本发明，所述材料为各原料组分与水的固液混合浆料。
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的钢包镁碳砖用保护材料的制备方法，所述方法为：将配方量的各原料组分混合后加入搅拌机，按(3-5):1的液固比向搅拌机中加水，然后以200-1500r/min的速度搅拌10-15min，得到固液混合浆料，即所述的钢包镁碳砖用保护材料。
上述各原料组分为第一方面所述的钢包镁碳砖用保护材料的具体组分，且制备过程在室温下进行。
根据本发明，水和上述钢包镁碳砖用保护材料中的组分的液固比为(3-5):1，例如可以是3:1、3.5:1、4:1、4.5:1或5:1，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。所述液固比的单位为ml/g。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的钢包镁碳砖用保护材料的应用，所述应用的操作为：将所述钢包镁碳砖用保护材料涂覆在镁碳砖的表面，自然干燥或烘烤后，在镁碳砖的表面形成保护涂层。
根据本发明，所述保护涂层的厚度为0.5-2mm，例如可以是0.5mm、0.7mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm或2mm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明能够防止镁碳砖中的碳在钢包烘烤过程中被氧化，抑制脱碳层的产生，进而大幅提高镁碳砖的使用寿命，
(2)本发明所得的保护材料原料廉价易得，炭黑用量少，降低了生产成本，具有良好的经济效益。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明在具体实施方式部分提供了一种钢包镁碳砖用保护材料，所述材料按质量百分含量计含有以下组分：
本发明在具体实施方式部分还提供了一种钢包镁碳砖用保护材料的制备方法，所述方法为：将配方量的各原料组分混合后加入搅拌机，按(3-5):1的液固比向搅拌机中加水，然后以200-1500r/min的速度搅拌10-15min，得到所述钢包镁碳砖用保护材料。
以下为本发典型但非限定性的实施例：
本发明具体实施例部分所使用的各原料均为市售产品，可直接购得。
实施例1
一种钢包镁碳砖用保护材料，按质量百分含量计含有以下组分：
按照以下方法进行制备：
将上述配方量的各组分混合后加入搅拌机，按3:1的液固比向搅拌机中加水，然后以1500r/min的速度搅拌10min，得到固液混合浆料，即所述的钢包镁碳砖用保护材料。
实施例2
一种钢包镁碳砖用保护材料，按质量百分含量计含有以下组分：
按照以下方法进行制备：
将上述配方量的各组分混合后加入搅拌机，按5:1的液固比向搅拌机中加水，然后以1200r/min的速度搅拌12min，得到固液混合浆料，即所述的钢包镁碳砖用保护材料。
实施例3
一种钢包镁碳砖用保护材料，按质量百分含量计含有以下组分：
按照以下方法进行制备：
将上述配方量的各组分混合后加入搅拌机，按4:1的液固比向搅拌机中加水，然后以500r/min的速度搅拌15min，得到固液混合浆料，即所述的钢包镁碳砖用保护材料。
实施例4
一种钢包镁碳砖用保护材料，按质量百分含量计含有以下组分：
按照以下方法进行制备：
将上述配方量的各组分混合后加入搅拌机，按4:1的液固比向搅拌机中加水，然后以1000r/min的速度搅拌15min，得到固液混合浆料，即所述的钢包镁碳砖用保护材料。
性能测试：
取五块同一批次制备，规格相同，原始厚度未50mm的的镁碳砖，编号为1、2、3、4、5，分别将实施例1-4中得到的混合浆料涂覆在1、2、3、4号砖的表面，涂层厚度为1.5mm，5号砖表面不涂覆，为空白组。将上述镁碳砖自然干燥3h后，置于马弗炉中。将马弗炉以5℃/min的速率升温至500℃，保温8h；然后以10℃/min的速率升温至1200℃，保温4h。保温结束后打开炉门，自然冷却至室温，取出1-5号镁碳砖，经过敲击，完全除去试样表面的脱碳层，测量镁碳砖残留的厚度，并与处理的镁碳砖相比较，得到脱碳层的厚度。实验结果如表1所示。
表1
经过对比发现，涂覆本发明实施例制备的钢包镁碳砖用保护材料的镁碳砖，其脱碳层的平均厚度约为1.8mm，远低于不涂保护材料的镁碳砖，说明本发明提供的钢包镁碳砖用保护材料能够有效的防止镁碳砖中的碳在钢包烘烤过程中被氧化，减少脱碳层的厚度，进而提高了镁碳砖的使用寿命。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。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。