一种炉衬材料及其应用和应用方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，特别是指一种炉衬材料及其应用和应用方法。
背景技术
镁碳质耐火材料具有优异的抗热震性和抗渣侵蚀性，被广泛应用于转炉、电炉和钢包渣线等冶金设备的炉衬部位。但是镁碳质耐火材料中的碳在高温下极易被氧化，导致材料结构和性能恶化，进而加大耐火材料消耗，同时降低钢水品质。另外，随着洁净钢技术的发展，对炉衬材料的低碳或超低碳要求越来越高。因此降低镁碳质耐火材料中的碳含量和提高镁碳质耐火材料的抗渣侵蚀性能势在必行。但随着碳含量的降低，镁碳砖的抗渣侵蚀性及抗热震性必会下降，因此，在低碳镁碳砖中保护石墨不被氧化，充分发挥镁碳砖中石墨的优良性能尤为重要。
抗氧化剂直接添加技术是目前抑制镁碳质耐火材料氧化的最为成熟的技术。其作用原理通常从两方面来考虑：一是抗氧化剂优先于碳被氧化，从而对碳起到保护作用；二是形成某种化合物阻塞气孔，阻碍氧及反应物的进一步扩散等。传统的抗氧化剂(金属、合金或非金属抗氧化剂)均可以不同程度地控制镁碳砖的脱碳速度，改善其抗氧化性能。传统的抗氧化剂虽然廉价但存在许多问题，如由高温至室温时易发生水化反应导致砖体开裂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种炉衬材料并应用在耐火材料的制备上面。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种炉衬材料，包含下列质量份数的组分：电熔镁砂75～85份，石墨3～15份，抗氧化剂1～5份，结合剂1～5份。
作为优选，所述电熔镁砂中粒径小于等于1mm的组分、粒径大于1mm且小于3mm的组分、粒径大于等于3mm且小于5mm的组分的质量比为(17～20)：(28～30)：(30～35)。
作为优选，所述抗氧化剂为Al4SiC4。
作为优选，所述抗氧剂中粒径小于等于0.044mm的组分、粒径大于0.044mm且小于0.074mm的组分、粒径大于等于0.074mm且小于1mm的组分的质量比为(0.5～4)：(0.5～4)：(92～99)。
作为优选，所述结合剂包含粉末结合剂和/或液体结合剂。
作为优选，所述粉末结合剂包含固体酚醛树脂粉、中温沥青粉和高温沥青粉中的一种或几种，所述液体结合剂为液体酚醛树脂。
本发明还提供了所述的炉衬材料在制备耐火材料中的应用。
本发明还提供了所述的炉衬材料制备耐火材料的方法，包含以下步骤：
(1)将各组分混合得到混料；
(2)将混料经过困料、压制后得到半成品；
(3)将半成品进行烧结，得到耐火材料。
作为优选，所述混合的时间为10～12min；所述困料的温度为20～30℃，所述困料的时间为8～10h。
作为优选，所述压制的压力为70～90MPa，所述压制的时间为10～12min；所述烧结的温度为180～220℃，所述烧结的时间为22～26h。
本发明提供了一种炉衬材料。在高温下，通过各成分之间的配合以及粒径级配的因素，材料内部形成了方镁石相、刚玉相、尖晶石相等主要物相。复相增强和材料之间的紧密粘结，不仅降低了气孔率，体积密度提高，而且高温抗折强度和耐压强度优良。
本发明还提供了所述的炉衬材料在制备耐火材料中的应用。本发明提供的炉衬材料在提高耐火产品综合性能的同时还减少了耐火工业固体废弃物的排放，大幅降低了耐火材料的消耗，在节约矿产资源、节约能源方面效果显著。
具体实施方式
本发明提供了一种炉衬材料，包含下列质量份数的组分：电熔镁砂75～85份，石墨3～15份，抗氧化剂1～5份，结合剂1～5份。
在本发明中，所述电熔镁砂的质量份数为75～85份，优选为78.5～81.5份。
在本发明中，所述电熔镁砂中粒径小于等于1mm的组分、粒径大于1mm且小于3mm的组分、粒径大于等于3mm且小于5mm的组分的质量比优选为(17～20)：(28～30)：(30～35)，进一步优选为(18～19)：(28.5～29.5)：(32～33)。
本发明因电熔镁砂中方镁石结晶粒粗大，且方镁石呈直接接触，颗粒体积密度大的特点，通过连续级配使材料之间紧密堆积，达到最佳的体积密度，从而具有良好的高温与使用性能。
在本发明中，所述石墨的质量份数为3～15份，进一步优选为6～12份，更优选为8～10份。
在本发明中添加的石墨熔点高达3700℃，具有典型的片层结构、高导热率和低膨胀系数及弹性模量，可以提高镁碳砖的热震稳定性、抗渣渗透能力和抗钢水侵蚀能力。
在本发明中，所述抗氧化剂的质量份数为1～5份，进一步优选为2～4份。
在本发明中，所述抗氧化剂优选为Al4SiC4。
在本发明中，所述抗氧剂中粒径小于等于0.044mm的组分、粒径大于0.044mm且小于0.074mm的组分、粒径大于等于0.074mm且小于1mm的组分的质量比优选为(0.5～4)：(0.5～4)：(92～99)，进一步优选为(1～3)：(1～3)：(94～98)，更优选为(1.5～2.5)：(1.5～2.5)：(95～97)。
本发明使用了具有高熔点、高化学稳定性、高强度、低热膨胀系数以及非常优异的高温强度、抗氧化和抗水化性的抗氧化剂Al4SiC4后，试样中生成了镁铝尖晶石相。由于尖晶石相的生成Al4SiC4体积膨胀，将碳氧化产生的气孔堵住阻止试样继续氧化。提高了镁碳材料的抗氧化性，同时避免传统抗氧化剂所存在的水化开裂问题。
在本发明中，所述结合剂的质量份数为1～5份，进一步优选为2～4份。
在本发明中，所述结合剂优选包含粉末结合剂和/或液体结合剂。
在本发明中，所述粉末结合剂优选包含固体酚醛树脂粉、中温沥青粉和高温沥青粉中的一种或几种，所述液体结合剂优选为液体酚醛树脂。
在本发明中，所述中温沥青粉的软化点温度优选为65～90℃，进一步优选为70～85℃，更优选为77～83℃；所述高温沥青粉的软化点温度优选为95～120℃，进一步优选为100～115℃，更优选为105～110℃。本发明中的中温沥青粉或高温沥青粉采用本领域技术人员所熟知的市售的即可。
本发明还提供了所述的炉衬材料在制备耐火材料中的应用，所述耐火材料为转炉、电炉和钢包渣线等冶金设备的炉衬部位。
本发明还提供了所述的炉衬材料制备耐火材料的方法，优选包含以下步骤：
(1)将各组分混合得到混料；
(2)将混料经过困料、压制后得到半成品；
(3)将半成品进行烧结，得到耐火材料。
在本发明中，所述混合采用搅拌混合即可，所述混合的时间优选为10～12min，进一步优选为10.5～11.5min；所述困料的温度优选为20～30℃，进一步优选为24～26℃；所述困料的时间优选为8～10h，进一步优选为8.5～9.5h。
在本发明中，所述压制的压力优选为70～90MPa，进一步优选为75～85MPa；所述压制的时间优选为10～12min，进一步优选为10.5～11.5min；所述烧结的温度优选为180～220℃，进一步优选为190～210℃；所述烧结的时间优选为22～26h，进一步优选为23～25h。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种炉衬材料，按质量份数计：粒径小于等于1mm的电熔镁砂20份，粒径大于1mm且小于3mm的电熔镁砂30份，粒径大于等于3mm且小于5mm的电熔镁砂28份，石墨10份，粒径小于等于0.044mm的Al4SiC40.16份、粒径大于0.044mm且小于0.074mm的Al4SiC40.16份、粒径大于等于0.074mm且小于1mm的组分的Al4SiC43.68份，酚醛树脂粉3份。
实施例2
一种炉衬材料，按质量份数计：粒径小于等于1mm的电熔镁砂20份，粒径大于1mm且小于3mm的电熔镁砂30份，粒径大于等于3mm且小于5mm的电熔镁砂30份，石墨8份，粒径小于等于0.044mm的Al4SiC40.12份、粒径大于0.044mm且小于0.074mm的Al4SiC40.12份、粒径大于等于0.074mm且小于1mm的组分的Al4SiC42.76份，软化点温度为70℃的中温沥青粉2.8份。
实施例3
一种炉衬材料，按质量份数计：粒径小于等于1mm的电熔镁砂18份，粒径大于1mm且小于3mm的电熔镁砂29份，粒径大于等于3mm且小于5mm的电熔镁砂30份，石墨10份，粒径小于等于0.044mm的Al4SiC40.08份、粒径大于0.044mm且小于0.074mm的Al4SiC40.08份、粒径大于等于0.074mm且小于1mm的组分的Al4SiC41.84份，液体酚醛树脂2.5份。
实施例4
一种炉衬材料，按质量份数计：粒径小于等于1mm的电熔镁砂20份，粒径大于1mm且小于3mm的电熔镁砂30份，粒径大于等于3mm且小于5mm的电熔镁砂34份，石墨4份，粒径小于等于0.044mm的Al4SiC40.06份、粒径大于0.044mm且小于0.074mm的Al4SiC40.06份、粒径大于等于0.074mm且小于1mm的组分的Al4SiC41.88份，软化点温度为105℃的高温沥青粉2.5份。
应用实施例1
将实施例1中的原料按设定的比例和粒径级配混合10min，在25℃下困料10h，将困料在80MPa的压力下压制11min得到半成品，将半成品在200℃下烧结23h后即得成型料。得到成型料后对其进行测试。
测试结果记录在表1和表2中。
应用实施例2
本应用实施例采用实施例2的组分配比，并按照应用实施例1的工艺进行成型和测试。
测试结果记录在表1和表2中。
应用实施例3
本应用实施例采用实施例3的组分配比，并按照应用实施例1的工艺进行成型和测试。
测试结果记录在表1和表2中。
应用实施例4
本应用实施例采用实施例4的组分配比，并按照应用实施例1的工艺进行成型和测试。
测试结果记录在表1和表2中。
表1成型料基础性能参数表
表2钢包使用寿命
由以上实施例可知，本发明提供了一种炉衬材料，使用本发明技术方案制备的钢包渣线复相炉衬材料，气孔率降低，体积密度提高，高温抗折强度和耐压强度优良，大大提高了耐火材料的使用寿命，降低了耐火材料的消耗，减少了耐火工业固体废弃物的排放。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
