本发明涉及高温耐火材料制备，具体地指一种金属钇直接结合mgo-复合尖晶石砖及其制备方法和应用。
背景技术：
1、rh精炼法即钢液真空循环脱气法，是一种重要的提高钢液纯净度的二次精炼方法，目前是超低碳低氧含量不锈钢最重要的精炼手段。超低碳低氧含量不锈钢的冶炼过程中需要结合rh吹氧法工艺，即在真空循环脱气法(rh)中加上吹氧操作(oxygenblowing)来提升钢水温度，促进负压条件下的钢水脱碳反应。同时这种高吹氧条件导致的高温高真空氧化环境会导致rh浸渍管耐火材料内衬使用寿命急剧下降，而rh下部槽是典型的气-耐火材料-熔钢/渣三相交界区域，既受到熔钢/渣的马兰戈尼效应(marangoni effect)使得在钢渣界面处的耐火材料快速侵蚀，同时强吹氧会导致气-固-液界面耐火材料强氧化过烧现象，局部耐火材料过烧现象会导致相应区域耐火材料物化性能与原基体产生较大差异，这是循环热震条件下耐火材料内衬产生裂纹剥落的主要诱因之一。上述过程严重限制了rh吹氧法工艺的流程性和生产效率。因此，需要定向针对强吹氧条件下rh浸渍管和rh下部槽内衬耐火材料局部熔损太快的问题，制备抗氧化、抗侵蚀能力强，且高温强吹氧条件下抗烧结能力强的新型耐火材料来满足现场使用需求，为rh强吹氧法工艺提供耐火材料支撑。
2、文献“suto m,koyake t,kawata y.wear ofmgo-c bricks lining a rhlowervessel[j].journal ofthetechnicalassociationofrefractories,2004,24(3))”，以及“陈肇友.炉外精炼用耐火材料提高寿命的途径及其发展动向[j].耐火材料,2007,41(1):1～12)”介绍了早期为了解决rh浸渍管和rh下部槽内衬局部区域特别是气-固-液界面处耐火材料熔损过快的问题，使用mgo-c或者mgo-cao-c的砌筑方案后，虽然碳复合耐火材料能够有效提高材料的抗侵蚀能力，但是碳复合耐火材料会向熔钢中“增碳”的问题一直是超低碳钢精炼的痛点，同时在强吹氧真空条件下碳复合耐火材料氧化、以及mgo与c高温真空下的反应都会影响碳复合耐火材料内衬的稳定性。因此，mgo-c耐火材料不能满足强吹氧条件下rh精炼生产超低碳低氧钢的工艺要求。
3、一种rh精炼炉用复合耐火材料及其制备方法(cn202310585028.5)专利技术，以刚玉、铬铝合金粉和镁砂为主要原料，高温形成无碳mgal2o4-mgcr2o4-mgalon原位复合增强的刚玉复合耐火材料，虽然能够一定程度上避免传统rh内衬镁碳砖增碳和mg蒸气污染问题；但是在rh吹氧法工艺条件下，氮化物结合相mgalon依然会继续氧化造成结合相分解、耐火材料结构破坏，同时n元素氧化后溶解到熔钢中形成硬质氮化物夹杂，带来了新的问题。因此，上述材料仍然不能够满足rh吹氧法工艺。同样原因，一种rh精炼炉用多形貌共存的镁阿隆耐火材料制备方法(cn202111527731.8)专利技术，通过高温氮化形成mgalon相虽然能够满足传统rh精炼过程，但是同样不能够适应rh吹氧法工艺苛刻要求。
4、rh精炼炉用含钙方镁石-镁铝尖晶石耐火材料制备方法(cn202210012513.9)专利技术，借鉴vod精炼炉中镁钙砂的成功使用经验，将电熔镁铝钙砂细粉引入到方镁石-镁铝尖晶石体系，希望借助cao高温真空结构稳定和抗碱性渣优异的特征，提高整体材料在高温真空下的抗侵蚀能力以及游离cao涂层钢水净化功能。传统vod内衬不存在在线维修喷补，但是rh浸渍管和rh下部槽需要在高温状态下湿态喷补，cao很容易水化导致结构失效。且cao水化问题很难得到明显改善限制了cao的加入量，即限制了cao涂层钢水净化功能和性能提升。
5、因此，研发一种能够应对强吹氧条件下rh浸渍管和rh下部槽用耐火材料的苛刻需求，且高温强吹氧条件下抗热震性能和抗侵蚀性能优异，强吹氧条件下不产生“过烧”现象的耐火材料是目前亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为解决现有技术中rh精炼炉用mgo-c/mgalon结合尖晶石等复合耐火材料对熔钢增碳增氮的不利影响和在强吹氧条件下快速氧化导致结构失效的问题、以及纯氧化物耐火材料体系抗侵蚀能力不足和在rh吹氧法工艺下高温过烧导致结构剥落的问题，本发明提供了一种金属钇直接结合mgo-复合尖晶石砖及其制备方法，以进一步提高rh浸渍管和rh下部槽耐火材料内衬在rh吹氧法工艺下的使用表现，延长使用时间且不污染钢水，为保障超洁净钢的精炼过程提供耐火材料支撑。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、一种金属钇直接结合mgo-复合尖晶石砖，包括原料和添加剂；所述原料包括以下按质量百分比计的成分：电熔氧化镁骨料25～50％，mg(al,cr)2o4复合尖晶石骨料20～45％，mg(al,cr)2o4复合尖晶石细粉10～20％，轻烧镁砂8～12％，和金属钇2～8％；所述添加剂包括占所述原料重量0.05～0.08％的防爆纤维和占所述原料重量3～5％的结合剂；所述结合剂为磷酸二氢铝。
4、优选地，所述mg(al,cr)2o4复合尖晶石骨料和mg(al,cr)2o4复合尖晶石细粉所采用的mg(al,cr)2o4复合尖晶石原料中，cr2o3的含量为10～35wt％。
5、优选地，所述金属钇的粒径≤20μm，且金属钇中钇的含量≥99.6wt％。
6、优选地，所述轻烧镁砂的粒径≤45μm，且轻烧镁砂中mgo的含量≥99.0wt％。
7、优选地，所述金属钇直接结合mgo-复合尖晶石砖的性能指标为：显气孔率3.2～6.5％，体密密度为3.12～3.23g/cm3，高温1700℃烧后线变化率为1.01～1.80％，1700℃三次重烧线变化率为0.09～0.40％，1400℃×30min条件下高温抗折强度为15.6～23.5mpa，3次由1100℃风冷至20℃后强度保持率为64～75％。
8、一种金属钇直接结合mgo-复合尖晶石砖的制备方法，包括以下步骤：将所述原料和添加剂混合均匀后进行机压成型、烘烤和埋碳保温处理；其中：机压成型的压力为250～300mpa，烘烤的温度为300～500℃、时间为5～10h，埋碳保温的温度为1500～1550℃、时间为1～3h。
9、优选地，所述机压成型的压力为250～280mpa。
10、优选地，所述烘烤的温度为400～500℃。
11、优选地，所述埋碳保温的温度为1500～1540℃。
12、上述金属钇直接结合mgo-复合尖晶石砖的应用，用于rh浸渍管和rh下部槽，特别适用于强吹氧条件下的rh浸渍管和rh下部槽。
13、相比于现有技术，本发明的有益效果为：
14、本发明基质中采用单质钇为主要的塑性金属结合相，通过引入高熔点金属相(钇熔点1522℃)一定程度上解决耐火材料天然脆性问题。同时在rh高温强吹氧使用条件下，耐火材料表层基质中单质钇会逐步氧化形成为y2o3，原位形成y2o3相比于非氧化物复合的耐火材料体系，其抗渣渗透能力丝毫不逊色，这一点已经在含y2o3耐火材料体系中得到了充分验证，同时避免了非氧化物体系碳化物氮化物易氧化污染熔体的缺点。更加重要的是原位形成y2o3相与基质中的其它主要组分mgo高温下并不会产生中间化合物，高温下形成的y2o3相并不会对基质产生促烧作用。同时原位形成y2o3相在基质中的“扎钉效应”，避免基质中mgo晶粒的二次烧结，因此进一步避免了基质在高温强吹氧条件下的“过烧”现象发生。
15、同时为了解决引入金属钇在基质中分布不均匀导致的富集现象，这会引起金属钇直接结合mgo-复合尖晶石砖高温氧化服役过程中局部氧化膨胀不均匀导致结构失效，还需要严格控制引入单质钇的粒度和纯度，并在埋碳气氛保护环境下对整体材料进行“流渗”处理，即在不使单质钇氧化条件下，通过将温度升至1500℃-1550℃使金属钇熔化或者半熔化实现在基质中的流渗过程，从而实现单质钇的均匀分布，最终实现金属钇直接结合mgo-复合尖晶石的结合形貌。
16、此外，rh浸渍管和rh下部槽在强吹氧条件下部分fe会被氧化形成feot溶入渣中，rh浸渍管和rh下部槽浮渣中fe2o3含量增加，而feot是渣中的活性侵蚀介质，利用al2o3-cr2o3-fe2o3三元无限固溶体系特征，采用mg(al,cr)2o4复合尖晶石为主要原料(比传统mgal2o4、mgcr2o4固溶活性更加高)，能够有效吸附或者捕捉浮渣中的fe2o3进入mg(al,cr)2o4复合尖晶石结构空隙形成mg(al,cr,fe)2o4复合尖晶石，提高整体材料的抗渣侵蚀渗透能力。
17、基于上述原材料组成结构复合设计以及烧成工艺优化处理，获得的金属钇直接结合mgo-复合尖晶石砖具有抗侵蚀、抗氧化和抗热震性能优异、高温强吹氧条件下不产生“过烧”现象的特点，能够满足rh吹氧法工艺苛刻工况要求。