本发明涉及耐火材料，具体涉及一种富钛刚玉复合碳化硅不烧砖及其制备方法。
背景技术：
1、高炉炼铁是现代钢铁联合生产中的重要环节，高炉炉体是由钢铁炉壳、耐火材料内衬、冷却壁及其他一些附属设备组成的，其中高炉内衬材料位于高炉炉壳与高温炉料，液态渣铁及水煤气之间，在钢铁冶炼过程中直接承受机械应力、高温热应力和化学侵蚀的综合作用，进而保护炉壳及其他附属设备并减少钢铁冶炼过程的热量损失。高炉长寿是钢铁企业高效低耗的重要保证，随着高炉炼铁技术的发展，炉衬用耐火材料使用环境日益严苛，高炉长寿化要求对耐火材料提出了更大挑战。特别是高炉炉缸炉底部位耐火材料长期储存炽热铁水，在高炉连续运行过程中难以及时更换破损炉衬，其寿命决定高炉一代炉役。
2、目前，高炉陶瓷杯用耐火材料内衬多为高温烧成（1350-1500℃）制品，而不烧砖采用多级颗粒配料，选用适当的有机与无机结合剂等，使其体积密度、气孔率、抗侵蚀性和抗渗透性等普遍好于烧成制品。特别是不烧砖在使用过程中，通过使用环境中的热能达到适当烧结，形成具有梯度特征的结构；不烧砖中主体材料与添加物热膨账系数不一致的特性，使不烧砖在使用条件下产微细裂纹缺陷，且裂纹以准静态方式扩展。此外，不烧砖在制备过程中减少了烧成工序，省掉了部分人工耗时，提高了成品率，在低温热处理过程中节省能源消耗，避免了污染气体的排放。
技术实现思路
1、为了克服现有高炉用内衬耐火材料存在的技术问题，本发明提供一种富钛刚玉复合碳化硅不烧砖及其制备方法。本发明技术方案中采用的钛增强刚玉，是在钛铁合金冶炼过程中产生的钛铁渣副产物并通过工艺优化重新合成的一种新型钛复合刚玉原料，可作为刚玉的替代品，并通过多级颗粒和用量配比，进行低温处理，使其具有较烧成砖更低的气孔率和更高的强度。
2、本发明采用以下技术方案：
3、一种富钛刚玉复合碳化硅不烧砖，所述富钛刚玉复合碳化硅不烧砖由以下质量百分比的原料制备而成：5～3mm的棕刚玉0～10%、3～1mm的棕刚玉0～40%、1～0mm的棕刚玉0～25%、5～3mm的钛增强刚玉0～10%、3～1mm的钛增强刚玉0～35%、1～0mm的钛增强刚玉0～25%、200～325目的钛增强刚玉15～25%、200～325目的碳化硅10～20%、硅灰1～3%和结合粘土5～8%组成；外加占上述各种原料总重量百分比为3～5%的结合剂。其中，5～3mm的棕刚玉和5～3mm的钛增强刚玉两种原料至少包含一种，3～1mm的棕刚玉和3～1mm的钛增强刚玉两种原料至少包含一种，1～0mm的棕刚玉和1～0mm的钛增强刚玉两种原料至少包含一种。
4、进一步地，所述富钛刚玉复合碳化硅不烧砖由以下质量百分比的原料制备而成：5～3mm的棕刚玉3～10%、3～1mm的棕刚玉10～40%、1～0mm的棕刚玉10～25%、3～1mm的钛增强刚玉0～25%、1～0mm的钛增强刚玉0～10%、200～325目的钛增强刚玉15～20%、200～325目的碳化硅10～15%、硅灰1～3%和结合粘土5%组成；外加占上述各种原料总重量百分比为3～5%的结合剂。
5、进一步地，所述富钛刚玉复合碳化硅不烧砖由以下质量百分比的原料制备而成：3～1mm的棕刚玉0～10%、1～0mm的棕刚玉0～5%、5～3mm的钛增强刚玉3～10%、3～1mm的钛增强刚玉29～35%、1～0mm的钛增强刚玉15～25%、200～325目的钛增强刚玉15～25%、200～325目的碳化硅10～20%、硅灰1～2%和结合粘土5～8%组成；外加占上述各种原料总重量百分比为3～5%的结合剂。
6、进一步地，所述富钛刚玉复合碳化硅不烧砖由以下质量百分比的原料制备而成：5～3mm的棕刚玉3～5%、3～1mm的棕刚玉35～40%、1～0mm的棕刚玉22～25%、200～325目的钛增强刚玉15%、200～325目的碳化硅14%、硅灰1%和结合粘土5%组成；外加占上述各种原料总重量百分比为3～5%的结合剂。
7、进一步地，所述富钛刚玉复合碳化硅不烧砖由以下质量百分比的原料制备而成：5～3mm的棕刚玉5～10%、3～1mm的棕刚玉10～25%、1～0mm的棕刚玉10～15%、3～1mm的钛增强刚玉10～25%、1～0mm的钛增强刚玉5～10%、200～325目的钛增强刚玉17～20%、200～325目的碳化硅10～15%、硅灰1～3%和结合粘土5%组成；外加占上述各种原料总重量百分比为3～5%的结合剂。
8、进一步地，所述富钛刚玉复合碳化硅不烧砖由以下质量百分比的原料制备而成：5～3mm的钛增强刚玉5～10%、3～1mm的钛增强刚玉30～35%、1～0mm的钛增强刚玉20～25%、200～325目的钛增强刚玉15～19%、200～325目的碳化硅10～20%、硅灰1%和结合粘土5～8%组成；外加占上述各种原料总重量百分比为3～5%的结合剂。
9、进一步地，所述棕刚玉中al2o3的质量百分含量≥95%、fe2o3的质量百分含量≤0.2%、tio2的质量百分含量≥2.0%。
10、进一步地，所述钛增强刚玉中al2o3的质量百分含量为80.76%、sio2的质量百分含量为1.54%、fe2o3的质量百分含量≤2.0%、tio2的质量百分含量为16.73%、k2o的质量百分含量≤0.1%、na2o的质量百分含量≤0.1%。
11、本发明采用的钛增强刚玉系耐火材料是cn202010567012.8公开的技术方案制备而成的。
12、进一步地，所述碳化硅中sic的质量百分含量≥97%，fe2o3的质量百分含量≤1.0%。
13、进一步地，所述结合粘土中al2o3的质量百分含量≥30%、fe2o3的质量百分含量≤1.5%、na2o的质量百分含量≤0.1%、k2o的质量百分含量≤0.3%。
14、进一步地，所述硅灰中sio2的质量百分含量≥92%，硅灰的粒度为2000目。
15、进一步地，所述结合剂为磷酸二氢铝，比重为1.4~1.5。
16、一种富钛刚玉复合碳化硅不烧砖的制备方法，包括以下步骤：
17、步骤a、按上述的配比称取原料，将钛增强刚玉细粉（200～325目）、碳化硅、硅灰、结合粘土置于双螺旋预混机中进行预混，预混时间不低于30分钟，得到预混合粉；
18、步骤b、将棕刚玉以及钛增强刚玉颗粒料置于强力混炼机中混合2～3分钟，然后加入结合剂混合3～5分钟，再加入步骤a中的预混合粉混合10～15分钟，得到混合物料；
19、步骤c、将步骤b所得混合物料加入组装好的模具内，采用630吨或1000吨级压力机压制成型得到砖坯；
20、步骤d、成型的砖坯经干燥后，升温至500～700℃温度下，保温8～12小时，得到富钛刚玉复合碳化硅不烧砖。
21、进一步地，步骤d中，温度为500℃以下，升温速度为10℃/min；温度为500℃～700℃，升温速度为5℃/min。
22、在高炉还原气氛的冶炼过程中，本发明的不烧砖表面的氧化钛首先被还原成ti，后与铁水中溶解的c、n2反应生成高熔点的tic（熔点3150℃）、tin（熔点2950℃），这些高熔点的含钛氮化物和碳化物在砖表面生成、发育和集结，形成以ti（c，n）为主的高熔点钛积物保护层来减少侵蚀介质以及铁水的渗透和冲刷损坏；此外，不烧砖在使用条件下产生足够多的微细裂纹，且裂纹以准静态方式扩展，在提高热震稳定性的同时形成缺陷。在缺陷处材料与铁水接触后，以ti（c，n）为主的高熔点钛积物会再次形成，填补裂纹等缺陷，起到了自修复的作用。因此，大大节省原料和制造成本、延长了高炉使用寿命，取得较好的使用效果。
23、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
24、1、本发明制备的产品富钛刚玉复合碳化硅不烧砖，采用500～700℃的低温处理，不需要高温烧成，具有抗渣、碱及铁水侵蚀、抗渗透性能优异的特点，适用于高炉炉缸炉底用内衬耐火材料，不仅缩短生产周期、降低成本，更重要的是减少污染物的排放，有利于环境保护。所以，本发明具有显著的经济效益和社会效益。
25、2、本发明制备的产品适用于强化冶炼高炉苛刻部位内衬耐火材料，在高炉还原气氛的冶炼过程中，砖表面的氧化钛首先被还原为金属ti，同时在富钛刚玉复合碳化硅不烧砖与铁水接触面，与铁水中溶解的c、n2反应生成高熔点的tic（熔点3150℃）、tin（熔点2950℃），这些高熔点的含钛氮化物和碳化物在砖表面生成、发育和集结，形成以ti（c，n）为主的高熔点钛积物保护层来减少侵蚀介质以及铁水的渗透和冲刷损坏；所以，本发明产品能够有效延长高炉使用寿命。
26、3、利用本发明技术方案制备的产品富钛刚玉复合碳化硅不烧砖，其显气孔率13～15%，体积密度3.20～3.30g/cm3，耐压强度≥110mpa，氧化钛含量4～14%。不烧砖在使用条件下产生足够多的微细裂纹，且裂纹以准静态方式扩展，在提高热震稳定性的同时形成缺陷。在缺陷处材料与铁水接触后，以ti（c，n）为主的高熔点钛积物会再次形成，填补孔洞裂纹等缺陷，起到了自修复的作用。