本发明涉及一种镁碳砖及其制备方法，属于耐火材料制备技术领域。
背景技术：
自上世纪70年代末，把碳引入耐火材料中引起了以镁碳砖为代表的冶炼耐火材料的一次革命。由于充分发挥了石墨碳的超高熔点，高温高强度、低热膨胀率的优势。含碳耐火制品具有耐火度高、抗渣侵性能好、耐热震性强及高温蠕变小等优点，在炼钢高炉、电炉、转炉、精炼炉连铸系统上广泛得到应用,使用寿命大幅度提高。同时,由于含碳制品大部分不需高温烧成，节省能源，制作工艺简单,，因而被全世界许多国家迅速推广应用。
镁碳砖由于其优异的抗侵蚀性及抗热震性,在各类炼钢炉上作为炉衬材料被广泛使用。提高镁碳砖的使用寿命及环保性是大家一直研究的方向。
玄武岩纤维，是玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成的连续纤维，强度与高强度S玻璃纤维相当。纯天然玄武岩纤维的颜色一般为褐色,有些似金色。玄武岩纤维是一种新型无机环保绿色高性能纤维材料，它是由二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁和二氧化钛等氧化物组成的玄武岩石料在高温熔融后，通过漏板快速拉制而成的。玄武岩连续纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。此外，玄武岩纤维的生产工艺决定了产生的废弃物少，对环境污染小，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，因而是一种名副其实的绿色、环保材料。
硅铝合金是由硅和铝组成的二元合金。硅铝合金材料能够保持硅和铝各自的优异性能，并且硅、铝的含量相当丰富，成本低廉，同时这种材料对环境没有污染，对人体无害。硅铝合金还具有热导性能好，比强度和刚度较高。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述不足之处，将玄武岩纤维、共晶硅铝合金粉应用到镁碳砖中，提高镁碳砖基质部分的强度、抗侵蚀性和抗氧化性，同时大量减少金属抗氧化剂的使用，为提高了镁碳砖的使用寿命而提供了一种镁碳砖及其制备方法。
本发明的技术方案，一种镁碳砖，组分按重量份计为：电熔镁砂颗粒60～75份，电熔镁砂细粉10～30份，碳素5～10份，共晶硅铝合金粉1～5份，玄武岩纤维1～3份，结合剂1～3份。
进一步的，所述碳素为石墨，石墨的粒度为350～400目，石墨中碳含量大于94％；
进一步的，所述电熔镁砂颗粒大小为1～5mm。
进一步的，所述电熔镁砂细粉的粒度为300～350目。
进一步的，所述共晶硅铝合金粉中硅含量在12％以上，粒度为180目。
进一步的，所述结合剂为酚醛树脂。
进一步的，所述玄武岩纤维连续纤维直径为6微米。
所述的镁碳砖的制备方法，按重量份计包括如下步骤：
(1)混炼：按原料配比分别称取电熔镁砂颗粒60～75份，电熔镁砂细粉10～30份，碳素5～10份，共晶硅铝合金粉1～5份，玄武岩纤维1～3份，结合剂1～3份；
首先将电熔镁砂颗粒和玄武岩纤维放入混炼机中干混2～15min，然后加入酚醛树脂继续混合5～15min，接着向其中加入碳素，混合5～15min，最后加入电熔镁砂细粉和共晶硅铝合金粉继续混合8～15min形成泥料，混炼机转速定为950～1000r/min，混炼时间为20～60min；
(2)压制成型：将混炼完成的泥料加入模具中进行压制成型制成砖坯，压力为2500～6300KN；
(3)烘烤固化：将砖坯置于隧道式干燥窑中烘烤固化得到镁碳砖，烘烤温度为150～300℃，烘烤时间为10～20h。
步骤(2)中采用旋移循环式混炼机进行混炼。
步骤(3)中采用复合式真空摩擦压砖机进行压制成型。
通过选用电熔镁砂颗粒提高镁碳砖的耐高温性、抗渣侵蚀性；
通过碳素保持镁碳砖的高温强度、抗热震性、抗渣渗透性；
通过在镁碳砖内部添加硅合金微粉，利用原位反应的原理，在和高温钢水接触时，镁碳砖中产生1微米以下的微气孔，提高镁碳砖的韧性。
通过添加微米级的玄武岩纤维，使镁碳砖在和高温钢水接触时，内部反应生成SiC-C纤维和微米级直径的长孔洞，可以起到阻止裂纹扩展的作用。
本发明的有益效果：本发明制备方法简单，步骤易于操作，将共晶硅铝合金粉、玄武岩纤维应用到镁碳砖中，提高了基质部分的强度、抗侵蚀性和抗氧化性，同时大量减少金属抗氧化剂的使用，提高了镁碳砖的使用寿命。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种镁碳砖，包括组分按重量百分数计为：电熔镁砂颗粒75％，电熔镁砂细粉14％，石墨7％，共晶硅铝合金粉1％，玄武岩纤维1％，酚醛树脂2％。
镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)混炼：采用旋移循环式混炼机进行混炼，按原料配比分别称取电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细粉、石墨、共晶硅铝合金粉、玄武岩纤维、酚醛树脂，首先将电熔镁砂颗粒、玄武岩纤维放入混炼机中干混5min，然后加入酚醛树脂继续混合5min，接着向其中加入石墨，混合8min，最后加入电熔镁砂细粉和共晶硅铝合金粉继续混合10min形成泥料，混炼机转速定为970r/min；
(2)压制成型：将混炼完成的泥料加入模具中采用复合式摩擦压砖机进行压制成型制成砖坯，压力为3000KN；
(3)烘烤固化：将砖坯置于隧道式干燥窑中烘烤固化，烘烤温度为200℃，烘烤时间为15h。
实施例2
一种镁碳砖，包括组分按重量百分数计为：电熔镁砂颗粒70％，电熔镁砂细粉17％，石墨5.5％，共晶硅铝合金粉2％，玄武岩纤维3％，酚醛树脂2.5％。
镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)混炼：采用旋移循环式混炼机进行混炼，按原料配比分别称取电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细粉、石墨、共晶硅铝合金粉、玄武岩纤维、酚醛树脂，首先将电熔镁砂颗粒、玄武岩纤维放入混炼机中干混8min，然后加入酚醛树脂继续混合10min，接着向其中加入石墨，混合10min，最后加入电熔镁砂细粉和共晶硅铝合金粉继续混合12min形成泥料，混炼机转速定为980r/min；
(2)压制成型：将混炼完成的泥料加入模具中采用复合式摩擦压砖机进行压制成型制成砖坯，压力为3500KN；
(3)烘烤固化：将砖坯置于隧道式干燥窑中烘烤固化，烘烤温度为200℃，烘烤时间为20h。
实施例3
一种镁碳砖，包括组分按重量百分数计为：电熔镁砂颗粒65％，电熔镁砂细粉18％，石墨8.5％，共晶硅铝合金粉4％，玄武岩纤维2％，酚醛树脂2.5％。
镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)混炼：采用旋移循环式混炼机进行混炼，按原料配比分别称取电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细粉、碳素、共晶硅铝合金粉、玄武岩纤维、酚醛树脂，首先将电熔镁砂颗粒、玄武岩纤维放入混炼机中干混10min，然后加入酚醛树脂继续混合8min，接着向其中加入石墨，混合12min，最后加入电熔镁砂细粉和共晶硅铝合金粉继续混合12min形成泥料，混炼机转速定为970r/min；
(2)压制成型：将混炼完成的泥料加入模具中采用复合式摩擦压砖机进行压制成型制成砖坯，压力为4000KN；
(3)烘烤固化：将砖坯置于隧道式干燥窑中烘烤固化，烘烤温度为250℃，烘烤时间为15h。
实施例4
一种镁碳砖，包括组分按重量百分数计为：电熔镁砂颗粒60％，电熔镁砂细粉29％，石墨5％，共晶硅铝合金粉3％，玄武岩纤维1％，酚醛树脂2％。
镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)混炼：采用旋移循环式混炼机进行混炼，按原料配比分别称取电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细粉、石墨、共晶硅铝合金粉、玄武岩纤维、酚醛树脂，首先将电熔镁砂颗粒、玄武岩纤维放入混炼机中干混2min，然后加入酚醛树脂继续混合15min，接着向其中加入石墨，混合5min，最后加入电熔镁砂细粉和共晶硅铝合金粉继续混合15min形成泥料，混炼机转速定为950r/min，混炼时间为60min；
(2)压制成型：将混炼完成的泥料加入模具中采用复合式摩擦压砖机进行压制成型制成砖坯，压力为2500KN；
(3)烘烤固化：将砖坯置于隧道式干燥窑中烘烤固化，烘烤温度为150℃，烘烤时间为20h。
实施例5
一种镁碳砖，包括组分按重量百分数计为：电熔镁砂颗粒73％，电熔镁砂细粉10％，石墨7％，共晶硅铝合金粉5％，玄武岩纤维2％，酚醛树脂3％。
镁碳砖的制备方法，包括如下步骤：
(1)混炼：采用旋移循环式混炼机进行混炼，按原料配比分别称取电熔镁砂颗粒、电熔镁砂细粉、石墨、共晶硅铝合金粉、玄武岩纤维、酚醛树脂，首先将电熔镁砂颗粒、玄武岩纤维放入混炼机中干混15min，然后加入酚醛树脂继续混合5min，接着向其中加入石墨，混合15min，最后加入电熔镁砂细粉和共晶硅铝合金粉继续混合8min形成泥料，混炼机转速定为1000r/min，混炼时间为10min；
(2)压制成型：将混炼完成的泥料加入模具中采用复合式摩擦压砖机进行压制成型制成砖坯，压力为6300KN；
(3)烘烤固化：将砖坯置于隧道式干燥窑中烘烤固化，烘烤温度为300℃，烘烤时间为10h。
对比实施例
对比实施例与实施例1中原料组分相同，将其中共晶硅铝合金粉、玄武岩纤维用金属铝粉替换，按同样的制备方法制成镁碳砖。
参照GB/T2997、GB/T5072.2、GB/T3001、GB/T3002、GB/T 7320.1检测对比例与实施例一制备的镁碳砖各项性能，包括显气孔率和体积密度、常温耐压强度、常温抗折强度、高温抗折强度和线膨胀率。
抗氧化性试验：对实施例一和对比例进行抗热震性试验，将实施例一和对比例制成25mm×25mm×150mm的试样，加热到1500℃保温30min后，取出试样冷却后切开，测量断面上脱碳层的厚度，以评价试样的抗氧化性。
抗侵蚀性试验：将实施例一和对比例中制备的镁碳砖进行抗侵蚀性试验，制成坩埚试样尺寸内孔尺寸为采用静态抗侵蚀试验法，在坩埚试样内装填20g钢包渣，置于埋炭气氛下，于1500℃下保温3h，随炉冷却后将坩埚沿高度方向切开，测量坩埚中心截面的侵(渗透)面积S，计算其侵蚀指数S/S0×100％(S0为原坩埚中心孔的截面积)，以评价试样的抗侵蚀性。
各检测数据如下表1所示。
表1
由表1可知，同样条件下实施例一和对比例的镁碳砖各项性能均相近，抗氧化性和抗侵蚀性有了大幅度提高，将共晶硅铝合金粉、玄武岩纤维应用到镁碳砖中，提高了基质部分的强度、抗侵蚀性和抗氧化性，同时大量减少金属抗氧化剂的使用，提高了镁碳砖的使用寿命。