1.本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖及其制备方法。
背景技术：
2.钢包是钢水冶炼的重要容器，冶炼过程温度高并伴随钢液的剧烈翻滚，因而对钢包内衬耐火材料冲刷与侵蚀损毁严重。不同于普通钢种，不锈钢中的含碳量最高不超过1.2％，铬含量至少为10.5％，在不锈钢冶炼过程中由于钢液中含有ni、cr等金属，其与耐火材料的侵蚀及界面反应更为复杂，这对不锈钢冶炼用钢包渣线耐火材料提出了更加严格的服役要求，不仅要求耐火材料的含碳量低，避免耐火材料向钢液中渗碳污染钢液，同时还要求耐火材料能够抵抗钢液中fe、c、ni、cr及其氧化物的侵蚀。
[0003]“一种钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖及其制备方法(201910451668.0)”公开了以镁砂颗粒和镁砂细粉为主要原料，以酚醛树脂为结合剂并添加膨胀石墨、金属纤维和抗氧化剂等制备了钢包渣线用金属复合低碳镁碳砖。该技术通过降低碳含量来避免砖中碳的氧化，但碳含量的降低损害了渣线砖的抗侵蚀性能。引入氮化铝、sic组分等又容易在服役过程中产生低熔相，降低镁碳砖的高温力学性能。
[0004]“一种钢包渣线砖及其生产方法(201410561682.3)”公开了采用大颗粒镁砂为骨料，并结合石墨、金属铝硅粉和酚醛树脂制备钢包渣线砖。该技术通过大颗粒镁砂来提高镁碳砖的体积密度，降低其显气孔率，但体积密度的提高降低了镁碳砖缓解热应力的能力，进而降低其抗热震性能，且显气孔率的降低也不利于钢包的隔热与节能。
技术实现要素：
[0005]
针对现有技术缺陷，本发明的目的是提供一种工艺简单的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖及其制备方法，用本发明方法制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖含碳量低不易污染钢水，而且耐压强度大、抗侵蚀性强、热震稳定性高。
[0006]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
[0007]
第一方面，本发明提供一种不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖，所述镁铝炭砖包括以下原料：电熔镁砂颗粒、刚玉、电熔镁砂细粉、镁铝尖晶石细粉、石墨、氯化镁、酚醛树脂和酒精。
[0008]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述刚玉为板状刚玉或电熔刚玉；优选地，所述刚玉为白刚玉；优选地，所述刚玉为刚玉颗粒；优选地，所述刚玉颗粒中al2o3含量为98～99wt％；所述刚玉颗粒的粒度为0.1～3mm；优选地，所述板状刚玉颗粒中，粒度为大于等于0.1mm至小于1.5mm的颗粒占比为55～65wt％，粒度为大于等于1.5mm至小于等于3mm的颗粒占比为35～45wt％；优选地，所述树脂为热固性酚醛树脂。
[0009]
本发明所选用的刚玉纯度高，结晶好，杂质少。本发明所选用的热固性酚醛树脂不仅价格便宜，还不用格外使用其他添加剂例如硬化剂，简化了工艺步骤。
[0010]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述电熔镁砂颗粒、所述刚玉、所述电熔镁砂细粉、所述镁铝尖晶石细粉和所述石墨的质量比为100︰(15～20)︰(45～55)︰(15～20)︰(5～7)(例如100:16:50:16:6、100:18:50:18:6、100:16:50:18:6、100:18:50:16:6)。
[0011]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述氯化镁的质量为所述电熔镁砂颗粒、所述刚玉、所述电熔镁砂细粉、所述镁铝尖晶石细粉和所述石墨质量之和的0.5％～0.8％(例如0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％)。
[0012]
氯化镁可吸收水分而潮解，加入量过高，氯离子在含al2o3的材料中烧结时会腐蚀材料本体，破坏材料结构；加入量太低，会导致形成的氯氧镁含量较少、生成的mgo晶须较少，因而材料的结合作用较弱，没有良好的结合性能，降低所述镁铝炭砖的强度。
[0013]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述热固性酚醛树脂的质量为所述电熔镁砂颗粒、所述刚玉、所述电熔镁砂细粉、所述镁铝尖晶石细粉、所述石墨和所述氯化镁质量之和的6％～8％(例如6.5％、7％、7.5％)。
[0014]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述酒精的质量浓度大于等于95％；更优选为工业酒精；优选地，所述酒精的质量为所述电熔镁砂颗粒、所述刚玉、所述电熔镁砂细粉、所述镁铝尖晶石细粉、所述石墨和所述氯化镁质量之和的1％～2％(例如1.2％、1.4％、1.6％、1.8％)。
[0015]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述电熔镁砂颗粒中mgo含量为95～98wt％；所述电熔镁砂颗粒的粒度为0.1～4mm；优选地，所述电熔镁砂颗粒中，粒度为大于等于0.1mm至小于1mm的颗粒占比15～25wt％，粒度为大于等于1mm至小于2mm的颗粒占比为45～55wt％，粒度为大于等于2mm至小于等于4mm的颗粒占比为25～35wt％。
[0016]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述电熔镁砂细粉中mgo含量为95～98wt％；所述电熔镁砂细粉的粒度为70～80μm。
[0017]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述镁铝尖晶石细粉中mgo含量为65～70wt％，al2o3含量为25～30wt％；所述镁铝尖晶石细粉的粒度为60～80μm。
[0018]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述石墨为鳞片石墨；优选地，所述鳞片石墨的粒度为80～100μm。
[0019]
本发明优选方案中选用的鳞片石墨，其抗氧化性好，并且具有价格便宜的优势。
[0020]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述氯化镁的纯度为化学纯。
[0021]
在上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖中，作为一种优选实施方式，所述镁铝炭砖的耐压强度为45～50mpa；优选地，所述镁铝炭砖的体积密度为2.85～2.92g/cm3；优选地，所述镁铝炭砖的1600℃
×
3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2.6～3.2％。
[0022]
第二方面，本发明还提供上述不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0023]
步骤一、将电熔镁砂颗粒、刚玉、电熔镁砂细粉、镁铝尖晶石细粉和石墨混合，制得预混料；
[0024]
步骤二、向所述预混料中加入氯化镁，搅拌，制得混合料；
[0025]
步骤三、向所述混合料中加入酚醛树脂和酒精，混合，制得生坯料；
[0026]
步骤四、将所述生坯料加入模具中，压制成型后，进行热处理，制得不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖。
[0027]
上述镁铝炭砖的制备方法中，作为一种优选实施方式，步骤三中，向所述混合料中依次加入酚醛树脂和酒精进行混合，制得生坯料；或者先将酚醛树脂和酒精混匀，然后加入所述混合料中，制得生坯料。
[0028]
本发明的优选实施方式中，使用酒精溶解热固性酚醛树脂，提高了树脂的流动性和分散性，不加入酒精，热固性酚醛树脂的黏度大，流动性差，在砖中难以均匀分散。
[0029]
上述镁铝炭砖的制备方法中，作为一种优选实施方式，步骤一中，所述混合在行星式搅拌机中进行；优选地，所述混合的时间为10～15分钟。
[0030]
上述镁铝炭砖的制备方法中，作为一种优选实施方式，步骤二中，所述搅拌的时间为8～10分钟。
[0031]
上述镁铝炭砖的制备方法中，作为一种优选实施方式，步骤三中，所述混合的时间为10～12分钟。
[0032]
上述镁铝炭砖的制备方法中，作为一种优选实施方式，步骤四中，所述压制的压力为80～100mpa(例如85mpa、90mpa、95mpa)。
[0033]
上述镁铝炭砖的制备方法中，作为一种优选实施方式，步骤四中，所述热处理的温度为200～220℃(例如205℃、210℃、215℃)。
[0034]
上述镁铝炭砖的制备方法中，作为一种优选实施方式，步骤四中，热处理的时间为8～10小时(例如8.5小时、9小时、9.5小时)。
[0035]
由于采取上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
[0036]
1、本发明所需原料普通易得，制备工艺简单，无需使用特殊的仪器或设备，降低了镁铝炭砖的制备成本。
[0037]
2、本发明所制备的镁铝炭砖含碳量低，不易污染钢水，同时通过铝镁组分的调节及其不同粒度颗粒的结合来实现致密化，弥补了碳含量的降低对镁铝炭砖抗侵蚀性能的影响。
[0038]
3、本发明利用氯化镁在高温服役过程中的结合，促进镁铝炭砖中mgo晶须的形成，增强镁铝炭砖的结构韧性，提高其热震稳定性。本发明所使用的氯化镁通过与水作用形成氯氧镁胶凝塑性结合，在高温下含氯组分的逸出形成气体，且从氯氧镁分解形成的mgo微晶活性高，生长发育快，通过固-液-气生长机制形成mgo晶须。镁铝尖晶石的形成时会产生体积效应，导致材料膨胀形成微裂纹，这对砖的强度有负面影响，本发明通过mgo晶须的形成提高了砖的强度，通过本发明方法制备得到的镁铝炭砖耐压强度为45～50mpa。
[0039]
4、本发明利用原位形成镁铝尖晶石提高镁铝炭砖的结合强度，同时利用电熔镁砂与镁铝尖晶石热膨胀调节来改善镁铝炭砖的致密性，进而提高其抗侵蚀性能。本发明通过热膨胀来调节砖的致密性的同时，由于原位形成的镁铝尖晶石的低热膨胀特性和较高的弹性模量，又可以有效防止抗热震性能降低。
[0040]
本发明制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖经测定：耐压强度为45～50mpa；体积密度为2.85～2.92g/cm3；1600℃
×
3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2.5～3.2％。
[0041]
因此，本发明具有工艺简单的特点，通过本发明所使用各组分原料的合理配比，所制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖的含炭量低，不易污染钢水，并且强度大、抗侵蚀性强、热震稳定性高。
具体实施方式
[0042]
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0043]
本发明具体实施方式中：
[0044]
电熔镁砂颗粒的化学成分是：mgo含量为95～98wt％；所述电熔镁砂颗粒的粒度为0.1～4mm。所述电熔镁砂颗粒中，粒度为大于等于0.1mm至小于1mm的颗粒占比20wt％，粒度为大于等于1mm至小于2mm的颗粒占比为50wt％，粒度为大于等于2mm至小于等于4mm的颗粒占比为30wt％。
[0045]
板状刚玉颗粒的化学成分是：al2o3含量为98～99wt％；所述板状刚玉颗粒的粒度为0.1～3mm。所述板状刚玉颗粒中，粒度为大于等于0.1mm至小于1.5mm的颗粒占比为60wt％，粒度为大于等于1.5mm至小于等于3mm的颗粒占比为40wt％。
[0046]
电熔镁砂细粉的化学成分是：mgo含量为95～98wt％；所述电熔镁砂细粉的粒度为70～80μm。
[0047]
镁铝尖晶石细粉的化学成分是：mgo含量为65～70wt％，al2o3含量为25～30wt％；所述镁铝尖晶石细粉的粒度为60～80μm。
[0048]
所述鳞片石墨的粒度为80～100μm。
[0049]
所述氯化镁的规格为化学纯。
[0050]
实施例中不再赘述。
[0051]
本发明各项检测的标准为：
[0052]
常温耐压强度gb/t 5072-2008；体积密度gb/t 2997-2015；
[0053]
抗渣实验侵蚀指数gb/t 8931-2007。
[0054]
实施例1
[0055]
一种不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：
[0056]
步骤一、按照电熔镁砂颗粒、板状刚玉颗粒、电熔镁砂细粉、镁铝尖晶石细粉和鳞片石墨的质量比为100︰18︰45︰16︰6，加入行星式搅拌机中，混合12分钟，制得预混料；
[0057]
步骤二、向所述预混料中加入占所述预混料质量0.6％的氯化镁，搅拌8分钟，制得混合料；
[0058]
步骤三、向所述混合料中依次加入占所述混合料质量6％的热固性酚醛树脂和1％的质量含量为95％的工业酒精，混合10分钟，制得生坯料；
[0059]
步骤四、将所述生坯料加入模具中，在100mpa下压制成型，于200℃条件下热处理8小时，制得不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖。
[0060]
本实施例制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖经测定：耐压强度为46mpa；体积密度为2.88g/cm3；1600℃
×
3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2.8％。
[0061]
实施例2
[0062]
一种不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖的制备方法，其特征在于所述制备方法的具
体步骤是：
[0063]
步骤一、按照电熔镁砂颗粒、板状刚玉颗粒、电熔镁砂细粉、镁铝尖晶石细粉和鳞片石墨的质量比为100︰15︰50︰18︰5，加入行星式搅拌机中，混合15分钟，制得预混料；
[0064]
步骤二、向所述预混料中加入占所述预混料质量0.8％的氯化镁，搅拌10分钟，制得混合料；
[0065]
步骤三、向所述混合料中依次加入占所述混合料质量8％的热固性酚醛树脂和1％的质量含量为95％的工业酒精，混合12分钟，制得生坯料；
[0066]
步骤四、将所述生坯料加入模具中，在85mpa下压制成型，于220℃条件下热处理10小时，制得不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖。
[0067]
本实施例制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖经测定：耐压强度为48mpa；体积密度为2.85g/cm3；1600℃
×
3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2.6％。
[0068]
实施例3
[0069]
一种不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：
[0070]
步骤一、按照电熔镁砂颗粒、板状刚玉颗粒、电熔镁砂细粉、镁铝尖晶石细粉和鳞片石墨的质量比为100︰16︰52︰20︰7，加入行星式搅拌机中，混合14分钟，制得预混料；
[0071]
步骤二、向所述预混料中加入占所述预混料质量0.5％的氯化镁，搅拌10分钟，制得混合料；
[0072]
步骤三、向所述混合料中依次加入占所述混合料质量7％的热固性酚醛树脂和2％的质量含量为95％的工业酒精，混合10分钟，制得生坯料；
[0073]
步骤四、将所述生坯料加入模具中，在90mpa下压制成型，于210℃条件下热处理8小时，制得不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖。
[0074]
本实施例制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖经测定：耐压强度为45mpa；体积密度为2.89g/cm3；1600℃
×
3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为3.2％。
[0075]
实施例4
[0076]
一种不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖的制备方法，其特征在于所述制备方法的具体步骤是：
[0077]
步骤一、按照电熔镁砂颗粒、板状刚玉颗粒、电熔镁砂细粉、镁铝尖晶石细粉和鳞片石墨的质量比为100︰20︰46︰15︰6，加入行星式搅拌机中，混合10分钟，制得预混料；
[0078]
步骤二、向所述预混料中加入占所述预混料质量0.7％的氯化镁，搅拌8分钟，制得混合料；
[0079]
步骤三、向所述混合料中依次加入占所述混合料质量8％的热固性酚醛树脂和2％的质量含量为95％的工业酒精，混合12分钟，制得生坯料；
[0080]
步骤四、将所述生坯料加入模具中，在80mpa下压制成型，于220℃条件下热处理10小时，制得不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖。
[0081]
本实施例制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖经测定：耐压强度为48mpa；体积密度为2.92g/cm3；1600℃
×
3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为2.7％。
[0082]
对比例1
[0083]
本对比例与实施例1基本相同，区别仅在于所用氯化镁的质量为预混料质量
0.3％。
[0084]
本对比例制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖经测定：耐压强度为39mpa；体积密度为2.81g/cm3；1600℃
×
3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为3.7％。
[0085]
对比例2
[0086]
本对比例与实施例1基本相同，区别仅在于步骤一中，电熔镁砂颗粒、板状刚玉颗粒、电熔镁砂细粉、镁铝尖晶石细粉和鳞片石墨的质量比为100︰10︰46︰10︰6。
[0087]
本对比例制备的不锈钢冶炼用钢包渣线镁铝炭砖经测定：耐压强度为42mpa；体积密度为2.83g/cm3；1600℃
×
3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4.3％。
[0088]
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。