本发明涉及炉衬材料技术领域，具体是一种节能炉衬材料及其制备方法。
背景技术：
随着现代工业的不断发展，高炉技术也不断在进步，其中重要的参数就包括传热系数和热膨胀系数。炉衬耐火材料作为高炉炉衬的重要组成部分，其本身的性能将直接决定着高炉的使用性能。
现有的大部分炉衬耐火材料的传热系数和热膨胀系数仍然不能满足高炉连续多次的重复使用，系统热损失较大，并且由于材料热膨胀的不均匀，容易导致出现较多的裂纹，造成物料穿帮的问题。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种节能炉衬材料及其制备方法，解决了现有的大部分炉衬耐火材料的传热系数和热膨胀系数仍然不能满足高炉连续多次的重复使用，系统热损失较大，并且由于材料热膨胀的不均匀，容易导致出现较多的裂纹，造成物料穿帮的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种节能炉衬材料，包括重质耐火料层和通过模具压制成型在重质耐火料层上的轻质耐火料层；其中，
所述重质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：镁砂颗粒55～65份、硅酸盐颗粒25～32份、碳化硅颗粒12～16份、偏钒酸铵6～10份、酚醛树脂3～5份、混合粉剂6.7～14.7份；其中，所述混合粉剂的组分包括以下按照重量份的原料：硼酸粉2～4份、刚玉粉1～3份、稀土元素氧化物粉2～5份、白炭黑0.6～1.2份、沥青粉1.1～1.5份；所述轻质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：铝硅系耐火熟料20～30份、氧化铝20～25份、硅藻土10～16份、硅酸镁3～6份、发泡剂2～6份、烧结助剂1.5～4份。
优选的，所述重质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：镁砂颗粒57～63份、硅酸盐颗粒26～30份、碳化硅颗粒13～15份、偏钒酸铵7～9份、酚醛树脂3.5～4.5份、混合粉剂7～9份；其中，所述混合粉剂的组分包括以下按照重量份的原料硼酸粉2.5～3.5份、刚玉粉1.5～2.5份、稀土元素氧化物粉2.5～4份、白炭黑0.8～1.1份、沥青粉1.2～1.4份；所述轻质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：铝硅系耐火熟料22～28份、氧化铝21～24份、硅藻土11～15份、硅酸镁4～5.5份、发泡剂3～5.5份、烧结助剂2～3.5份。
优选的，所述重质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：镁砂颗粒50份、硅酸盐颗粒28份、碳化硅颗粒14份、偏钒酸铵8份、酚醛树脂4份、混合粉剂8份；其中，所述混合粉剂的组分包括以下按照重量份的原料硼酸粉3份、刚玉粉2份、稀土元素氧化物粉3份、白炭黑1份、沥青粉1.3份；所述轻质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：铝硅系耐火熟料24份、氧化铝23份、硅藻土13份、硅酸镁5份、发泡剂4份、烧结助剂3份。
优选的，所述铝硅系耐火熟料为高铝矾土熟料或粘土熟料。
优选的，所述稀土元素氧化物粉为粉状的la2o3、rb2o或ce2o3。
优选的，所述烧结助剂采用y2o3～la2o3体系，两者的质量比为y2o3：la2o3＝1～3:1。
一种节能炉衬材料的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)制备重质耐火料层坯料：按重量份称取镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒、偏钒酸铵、酚醛树脂、混合粉剂，先将镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒，加入搅拌机中进行搅拌处理4～7min，再将偏钒酸铵、酚醛树脂加入到混炼机内混炼5-9min后，再加入混合粉剂混炼10-16min，然后在200-240℃条件下喷雾干燥，制成重质耐火料层坯料，备用；
(2)制备轻质耐火料层坯料：按重量份称取铝硅系耐火熟料、氧化铝、硅藻土、硅酸镁，加入搅拌机中进行搅拌处理6～10min，制得混料，加入混料总质量1-1.5倍的去离子水后得到浆料，将浆料和发泡剂、烧结助剂加入反应釜内搅拌发泡后，注入到模具中固化成型为轻质耐火料层坯料，备用；
(3)模具压制成型：将重质耐火料层坯料正面朝下放入模具中，再灌入轻质耐火料层坯料到模具中，压制成型为双料层坯料；
(4)将双料层坯料干燥后，再从常温加热至1000-1150℃，保温4-5h后制成成品。
优选的，所述双料层坯料的干燥分为脱模干燥和强制干燥两个先后过程，所述脱模干燥的温度50-70℃、时间12-15h，所述强制干燥的温度80-110℃、时间15-19h。
优选的，所述混合粉剂的制备过程为将硼酸粉、刚玉粉、稀土元素氧化物粉、白炭黑、沥青粉搅拌混合，混合时间为5-8min。
优选的，所述发泡剂为松香树脂类发泡剂、蛋白活性物型发泡剂或复合型发泡剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备的炉衬材料的传热系数小，保温效果更好，更加节能，热膨胀系数小，使制成的炉衬裂纹少，避免物料穿帮，常温耐压强度和空气气氛下抗氧化性能优秀，使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种节能炉衬材料，包括重质耐火料层和通过模具压制成型在重质耐火料层上的轻质耐火料层；其中，所述重质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：镁砂颗粒55份、硅酸盐颗粒25份、碳化硅颗粒12份、偏钒酸铵6份、酚醛树脂3份、混合粉剂6.7份；其中，所述混合粉剂的组分包括以下按照重量份的原料：硼酸粉2份、刚玉粉1份、稀土元素氧化物粉(粉状的la2o3、rb2o或ce2o3)2份、白炭黑0.6份、沥青粉1.1份；所述轻质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：铝硅系耐火熟料(高铝矾土熟料或粘土熟料)20份、氧化铝20份、硅藻土10份、硅酸镁3份、发泡剂(松香树脂类发泡剂、蛋白活性物型发泡剂或复合型发泡剂)2份、烧结助剂(烧结助剂采用y2o3～la2o3体系，两者的质量比为y2o3：la2o3＝1～3:1)1.5份。
制备方法如下：
(1)制备重质耐火料层坯料：混合粉剂的制备过程为将硼酸粉、刚玉粉、稀土元素氧化物粉、白炭黑、沥青粉搅拌混合，混合时间为5min，按重量份称取镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒、偏钒酸铵、酚醛树脂、混合粉剂，先将镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒，加入搅拌机中进行搅拌处理4～7min，再将偏钒酸铵、酚醛树脂加入到混炼机内混炼5min后，再加入混合粉剂混炼10min，然后在200℃条件下喷雾干燥，制成重质耐火料层坯料，备用；
(2)制备轻质耐火料层坯料：按重量份称取铝硅系耐火熟料、氧化铝、硅藻土、硅酸镁，加入搅拌机中进行搅拌处理6～10min，制得混料，加入混料总质量1-1.5倍的去离子水后得到浆料，将浆料和发泡剂、烧结助剂加入反应釜内搅拌发泡后，注入到模具中固化成型为轻质耐火料层坯料，备用；
(3)模具压制成型：将重质耐火料层坯料正面朝下放入模具中，再灌入轻质耐火料层坯料到模具中，压制成型为双料层坯料；
(4)将双料层坯料干燥，双料层坯料的干燥分为脱模干燥和强制干燥两个先后过程，所述脱模干燥的温度50-70℃、时间12-15h，所述强制干燥的温度80-110℃、时间15-19h，再从常温加热至1000-1150℃，保温4-5h后制成成品。
实施例2：
一种节能炉衬材料，包括重质耐火料层和通过模具压制成型在重质耐火料层上的轻质耐火料层；其中，所述重质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：镁砂颗粒57份、硅酸盐颗粒26份、碳化硅颗粒13份、偏钒酸铵7份、酚醛树脂3.5份、混合粉剂7份；所述混合粉剂的组分包括以下按照重量份的原料硼酸粉2.5份、刚玉粉1.5份、稀土元素氧化物粉2.5份、白炭黑0.8份、沥青粉1.2份；所述轻质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：铝硅系耐火熟料22份、氧化铝21份、硅藻土11份、硅酸镁4份、发泡剂3份、烧结助剂2份。
制备方法如下：
(1)制备重质耐火料层坯料：混合粉剂的制备过程为将硼酸粉、刚玉粉、稀土元素氧化物粉、白炭黑、沥青粉搅拌混合，混合时间为5-8min，按重量份称取镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒、偏钒酸铵、酚醛树脂、混合粉剂，先将镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒，加入搅拌机中进行搅拌处理4～7min，再将偏钒酸铵、酚醛树脂加入到混炼机内混炼5-9min后，再加入混合粉剂混炼10-16min，然后在200-240℃条件下喷雾干燥，制成重质耐火料层坯料，备用；
(2)制备轻质耐火料层坯料：按重量份称取铝硅系耐火熟料、氧化铝、硅藻土、硅酸镁，加入搅拌机中进行搅拌处理6～10min，制得混料，加入混料总质量1-1.5倍的去离子水后得到浆料，将浆料和发泡剂、烧结助剂加入反应釜内搅拌发泡后，注入到模具中固化成型为轻质耐火料层坯料，备用；
(3)模具压制成型：将重质耐火料层坯料正面朝下放入模具中，再灌入轻质耐火料层坯料到模具中，压制成型为双料层坯料；
(4)将双料层坯料干燥，双料层坯料的干燥分为脱模干燥和强制干燥两个先后过程，所述脱模干燥的温度50-70℃、时间12-15h，所述强制干燥的温度80-110℃、时间15-19h，再从常温加热至1000-1150℃，保温4-5h后制成成品。
实施例3：
一种节能炉衬材料，包括重质耐火料层和通过模具压制成型在重质耐火料层上的轻质耐火料层；其中，所述重质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：镁砂颗粒50份、硅酸盐颗粒28份、碳化硅颗粒14份、偏钒酸铵8份、酚醛树脂4份、混合粉剂8份；其中，所述混合粉剂的组分包括以下按照重量份的原料硼酸粉3份、刚玉粉2份、稀土元素氧化物粉3份、白炭黑1份、沥青粉1.3份；所述轻质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：铝硅系耐火熟料24份、氧化铝23份、硅藻土13份、硅酸镁5份、发泡剂4份、烧结助剂3份。
制备方法如下：
(1)制备重质耐火料层坯料：混合粉剂的制备过程为将硼酸粉、刚玉粉、稀土元素氧化物粉、白炭黑、沥青粉搅拌混合，混合时间为5-8min，按重量份称取镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒、偏钒酸铵、酚醛树脂、混合粉剂，先将镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒，加入搅拌机中进行搅拌处理4～7min，再将偏钒酸铵、酚醛树脂加入到混炼机内混炼5-9min后，再加入混合粉剂混炼10-16min，然后在200-240℃条件下喷雾干燥，制成重质耐火料层坯料，备用；
(2)制备轻质耐火料层坯料：按重量份称取铝硅系耐火熟料、氧化铝、硅藻土、硅酸镁，加入搅拌机中进行搅拌处理6～10min，制得混料，加入混料总质量1-1.5倍的去离子水后得到浆料，将浆料和发泡剂、烧结助剂加入反应釜内搅拌发泡后，注入到模具中固化成型为轻质耐火料层坯料，备用；
(3)模具压制成型：将重质耐火料层坯料正面朝下放入模具中，再灌入轻质耐火料层坯料到模具中，压制成型为双料层坯料；
(4)将双料层坯料干燥，双料层坯料的干燥分为脱模干燥和强制干燥两个先后过程，所述脱模干燥的温度50-70℃、时间12-15h，所述强制干燥的温度80-110℃、时间15-19h，再从常温加热至1000-1150℃，保温4-5h后制成成品。
实施例4：
一种节能炉衬材料，包括重质耐火料层和通过模具压制成型在重质耐火料层上的轻质耐火料层；所述重质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：镁砂颗粒63份、硅酸盐颗粒30份、碳化硅颗粒15份、偏钒酸铵9份、酚醛树脂4.5份、混合粉剂9份；其中，所述混合粉剂的组分包括以下按照重量份的原料硼酸粉3.5份、刚玉粉2.5份、稀土元素氧化物粉4份、白炭黑1.1份、沥青粉1.4份；所述轻质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：铝硅系耐火熟料28份、氧化铝24份、硅藻土15份、硅酸镁5.5份、发泡剂5.5份、烧结助剂3.5份。
制备方法如下：
(1)制备重质耐火料层坯料：混合粉剂的制备过程为将硼酸粉、刚玉粉、稀土元素氧化物粉、白炭黑、沥青粉搅拌混合，混合时间为5-8min，按重量份称取镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒、偏钒酸铵、酚醛树脂、混合粉剂，先将镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒，加入搅拌机中进行搅拌处理4～7min，再将偏钒酸铵、酚醛树脂加入到混炼机内混炼5-9min后，再加入混合粉剂混炼10-16min，然后在200-240℃条件下喷雾干燥，制成重质耐火料层坯料，备用；
(2)制备轻质耐火料层坯料：按重量份称取铝硅系耐火熟料、氧化铝、硅藻土、硅酸镁，加入搅拌机中进行搅拌处理6～10min，制得混料，加入混料总质量1-1.5倍的去离子水后得到浆料，将浆料和发泡剂、烧结助剂加入反应釜内搅拌发泡后，注入到模具中固化成型为轻质耐火料层坯料，备用；
(3)模具压制成型：将重质耐火料层坯料正面朝下放入模具中，再灌入轻质耐火料层坯料到模具中，压制成型为双料层坯料；
(4)将双料层坯料干燥，双料层坯料的干燥分为脱模干燥和强制干燥两个先后过程，所述脱模干燥的温度50-70℃、时间12-15h，所述强制干燥的温度80-110℃、时间15-19h，再从常温加热至1000-1150℃，保温4-5h后制成成品。
实施例5：
一种节能炉衬材料，包括重质耐火料层和通过模具压制成型在重质耐火料层上的轻质耐火料层；其中，所述重质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：镁砂颗粒65份、硅酸盐颗粒32份、碳化硅颗粒16份、偏钒酸铵10份、酚醛树脂5份、混合粉剂14.7份；其中，所述混合粉剂的组分包括以下按照重量份的原料：硼酸粉4份、刚玉粉3份、稀土元素氧化物粉(粉状的la2o3、rb2o或ce2o3)5份、白炭黑1.2份、沥青粉1.5份；所述轻质耐火料层的组分包括以下按照重量份的原料：铝硅系耐火熟料(高铝矾土熟料或粘土熟料)30份、氧化铝25份、硅藻土16份、硅酸镁6份、发泡剂(松香树脂类发泡剂、蛋白活性物型发泡剂或复合型发泡剂)6份、烧结助剂(烧结助剂采用y2o3～la2o3体系，两者的质量比为y2o3：la2o3＝1～3:1)4份。
制备方法如下：
(1)制备重质耐火料层坯料：混合粉剂的制备过程为将硼酸粉、刚玉粉、稀土元素氧化物粉、白炭黑、沥青粉搅拌混合，混合时间为5-8min，按重量份称取镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒、偏钒酸铵、酚醛树脂、混合粉剂，先将镁砂颗粒、硅酸盐颗粒、碳化硅颗粒，加入搅拌机中进行搅拌处理4～7min，再将偏钒酸铵、酚醛树脂加入到混炼机内混炼5-9min后，再加入混合粉剂混炼10-16min，然后在200-240℃条件下喷雾干燥，制成重质耐火料层坯料，备用；
(2)制备轻质耐火料层坯料：按重量份称取铝硅系耐火熟料、氧化铝、硅藻土、硅酸镁，加入搅拌机中进行搅拌处理6～10min，制得混料，加入混料总质量1-1.5倍的去离子水后得到浆料，将浆料和发泡剂、烧结助剂加入反应釜内搅拌发泡后，注入到模具中固化成型为轻质耐火料层坯料，备用；
(3)模具压制成型：将重质耐火料层坯料正面朝下放入模具中，再灌入轻质耐火料层坯料到模具中，压制成型为双料层坯料；
(4)将双料层坯料干燥，双料层坯料的干燥分为脱模干燥和强制干燥两个先后过程，所述脱模干燥的温度50-70℃、时间12-15h，所述强制干燥的温度80-110℃、时间15-19h，再从常温加热至1000-1150℃，保温4-5h后制成成品。
对比例：
以普通的中频炉炉衬材料(具体为巩义市某高温炉料厂生产的规格为zg-02的中频炉炉衬材料)制成的炉衬作为对比例，与本发明的实施例1～5制得的炉衬材料制成的炉衬做对比，并进行传热系数测试、表热膨胀系数测试、常温耐压强度测试以及空气气氛下抗氧化性能测试，分析各实施例；具体测试结果数据如表1所示。
表1性能测试结果表
由上述的表格数据可以看出，采用本发明实施例1～5制备的炉衬材料的传热系数小，保温效果更好，更加节能，热膨胀系数小，使制成的炉衬裂纹少，避免物料穿帮，常温耐压强度和空气气氛下抗氧化性能优秀，使用寿命长。
以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。
若未特别说明，实施例中所采用的技术手段为本领域人员所熟知的常规手段，所采用的试剂和产品也均为可商业获得的。所用试剂的来源、商品名以及必要时列出其组成成分者，均在首次出现时标明。