CN116283247A - 一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖及其制备方法 - Google Patents

一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钢包用无碳刚玉‑尖晶石不烧砖及其制备方法，包括以下工作步骤：步骤一、得到混合料Ⅰ；步骤二、得到混合料Ⅱ；步骤三、得到混合料Ⅲ；步骤四、将所述混合料Ⅱ和混合料Ⅲ混合后，外加电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒5~15份，混炼20~30分钟后出料，得到混合料Ⅳ；步骤五、将所述混合料Ⅳ机压成型，制得所述无碳刚玉‑尖晶石不烧砖；有益效果是，产品无碳、环保、无需烧结处理、体积稳定性和热稳定性好，所制备的无碳刚玉‑尖晶石不烧砖体积密度大、显气孔率低、常温及高温力学性能好、线变化率可控、热震稳定性好、使用寿命长、可满足（超）低碳钢的生产需求。

Description

一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，特别是一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖及其制备方法。
背景技术
随着冶金炉外精炼和连铸技术的发展，各种高性能钢种（如低碳钢和超低碳钢等）不断被开发出来并得到广泛应用；在炼钢工艺中，大型钢包已逐渐成为功能复杂的炉外钢水精炼设备，随着工作环境愈加严苛，对其内衬材料的性能要求不断提高；
目前，含碳耐火材料因其良好的抗热震性及抗炉渣渗透和侵蚀性能，广泛应用于钢包工作衬，有文献（CMA 添加剂在MgO-C 钢包砖中的保护机理，赵瑞. CMA添加剂在MgO-C钢包砖中的保护机理[J]. 耐火与石灰, 2019, 044(005):43-48.）报道，在MgO-C砖中添加少量CMA可提升砖的抗渣渗透性；然而，含碳制品普遍存在钢水增碳以及热导率高导致的钢水降温过快、钢包外壳温度过高等问题，不利于优质合金钢的冶炼；
基于上述开始开发低碳、无碳钢包用耐火材料；其中，专利“一种刚玉-尖晶石质耐火砖及其制备方法”（CN106866126A）以棕刚玉为骨料，以铝镁尖晶石细粉、轻烧镁粉、铝粉和铁红粉为基质，以热固性酚醛树脂为结合剂制得刚玉-尖晶石质耐火砖；专利（CN101613207 B）公开了一种精炼钢包用低碳刚玉尖晶石砖及其制备方法，该技术所制砖中碳含量(石墨+树脂碳)低于4％，用于150吨钢包使用寿命为140次；上述工艺具有各自的积极效果，但仍存在以下技术缺陷：制品中的石墨或树脂结合剂存在向钢水增碳的问题，且树脂中含有对人体有害的苯；此外，钢包砖的性能不佳，并且其使用寿命低，不能满足企业的使用需求；
鉴于上述情况，有必要对现有的刚玉-尖晶石砖及其制备方法加以改进，使其能够适应现在对刚玉-尖晶石砖使用的需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖及其制备方法。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，包括以下工作步骤：
步骤一、按质量组分称取板状刚玉颗粒30~40份、电熔棕刚玉颗粒5~10份、电熔白刚玉颗粒10~15份、电熔镁砂颗粒5~8份，将颗粒干混3~5分钟，得到混合料Ⅰ；
步骤二、按质量组分称取板状刚玉细粉8~10份，电熔白刚玉细粉2~5份，大结晶镁砂细粉3~6份，活性氧化铝微粉4~6份，电熔尖晶石细粉10~15份，添加剂1~3份，混合共磨3~5小时，得到混合料Ⅱ；
步骤三、在3分钟内向所述混合料Ⅰ中一次性缓慢加入氢氧化镁铝溶胶3~5份，混炼3~5分钟，得到混合料Ⅲ；
步骤四、将所述混合料Ⅱ和混合料Ⅲ混合后，外加电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒5~15份，混炼20~30分钟后出料，得到混合料Ⅳ；
步骤五、将所述混合料Ⅳ机压成型，经过200℃×24h烘烤处理，制得所述无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
对本技术方案的进一步补充，所述板状刚玉颗粒粒径为5~1mm，所述板状刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥99.0wt.%。
对本技术方案的进一步补充，所述电熔棕刚玉颗粒粒径为3~0.1mm，其Al2O3含量≥94.5wt.%。
对本技术方案的进一步补充，所述电熔白刚玉颗粒粒径为3~0.1mm；所述电熔白刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥98.0wt.%；所述电熔镁砂颗粒粒径为1~0mm，其MgO含量≥98.0wt.%。
对本技术方案的进一步补充，所述大结晶镁砂细粉粒径为200目，其MgO含量≥98.5wt.%。
对本技术方案的进一步补充，所述活性氧化铝微粉粒径为5μm，其Al2O3含量≥99.0wt.%，所述电熔尖晶石细粉粒径为200目，其Al2O3含量≥78.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%。
对本技术方案的进一步补充，所述添加剂为氧化钇微粉，其粒径为3μm，Y2O3含量≥99.99wt.%。
对本技术方案的进一步补充，所述氢氧化镁铝溶胶中的镁和铝的摩尔比为1∶2。
对本技术方案的进一步补充，所述电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒粒径为1~0mm，其Al2O3含量≥68.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%，CaO含量≥8.0wt.%。
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖，采用上述任一项所述钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法制备钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
其有益效果在于，产品无碳、环保、无需烧结处理、体积稳定性和热稳定性好，所制备的无碳刚玉-尖晶石不烧砖体积密度大、显气孔率低、常温及高温力学性能好、线变化率可控、热震稳定性好、使用寿命长、可满足（超）低碳钢的生产需求；
1、本发明引入Y2O3添加剂，高温下可以促进镁铝尖晶石的形成，降低合成温度，提高制品烧结致密化，同时能与Al2O3反应生成高熔点相钇铝石榴石，提高制品的高温强度。
2、本发明采用氢氧化镁铝溶胶结合剂，避免了树脂等有机结合剂向钢水增碳的问题，且环保无毒，在高温下形成均匀分布的细微尖晶石，不会向砖中引入杂质，所制的无碳刚玉-尖晶石不烧砖具有较高的常温力学性能，满足（超）低碳钢的生产需求。
3、本发明通过引入适量CMA颗粒，促进了骨料和基质的紧密结合，有效抑制了高温下制品中原位合成尖晶石产生的体积膨胀以及骨料的热膨胀，降低了热应力和结构应力，同时又保证了砖坯具有一定的微膨胀，密封接缝。制品具有较高的高温力学性能，提高了热稳定性、抗剥落性能和抗冲刷性能，延长了无碳刚玉-尖晶石不烧砖的使用寿命，提升了钢包的服役安全性。
实施方式
实施例1
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，包括以下工作步骤：
步骤一、按质量组分称取板状刚玉颗粒30份、电熔棕刚玉颗粒10份、电熔白刚玉颗粒15份、电熔镁砂颗粒5份，将颗粒干混3~5分钟，得到混合料Ⅰ；
步骤二、按质量组分称取板状刚玉细粉10份，电熔白刚玉细粉5份，大结晶镁砂细粉6份，活性氧化铝微粉5份，电熔尖晶石细粉10份，添加剂1份，混合共磨3~5小时，得到混合料Ⅱ；
步骤三、在3分钟内向所述混合料Ⅰ中一次性缓慢加入氢氧化镁铝溶胶3份，混炼3~5分钟，得到混合料Ⅲ；其中，本申请采用自制氢氧化镁铝溶胶，其固含量8~12%。以硝酸铝九水合物（≥99.0wt.%）和硝酸镁六水合物（≥98.0wt.%）为铝源和镁源，以氨水（25~28%）调节pH值。根据金属阳离子摩尔比Al3+∶Mg2+ = 1∶(1~3)，称取一定量的硝酸铝九水合物和硝酸镁六水合物，分别溶解于去离子水中，加热至50~70℃并以300~500r/min转速磁力搅拌0.5~1h；之后将两种溶液混合，并向混合溶液滴加氨水，控制混合溶液pH值为8.5~9.5，持续搅拌1~2h，经沉淀、洗涤获得氢氧化镁铝沉淀凝胶；以8~12%的固含量将氢氧化镁铝沉淀凝胶分散于去离子水中，70~90℃恒温加热并磁力搅拌1~3h，经过凝胶胶溶化形成胶团结构，得到氢氧化镁铝溶胶。所述氢氧化镁铝溶胶在高温使用过程中形成镁砂，同时在原位发生尖晶石化反应生成镁铝尖晶石，促进不烧砖结构致密化；
步骤四、将所述混合料Ⅱ和混合料Ⅲ混合后，外加电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒5份，混炼20~30分钟后出料，得到混合料Ⅳ；
步骤五、将所述混合料Ⅳ机压成型，经过200℃×24h烘烤处理，制得所述无碳刚玉-尖晶石不烧砖；
其中，所述板状刚玉颗粒粒径为5~1mm，所述板状刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥99.0wt.%；所述电熔棕刚玉颗粒粒径为3~0.1mm，其Al2O3含量≥94.5wt.%；所述电熔白刚玉颗粒粒径为3~0.1mm；所述电熔白刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥98.0wt.%；所述电熔镁砂颗粒粒径为1~0mm，其MgO含量≥98.0wt.%；所述大结晶镁砂细粉粒径为200目，其MgO含量≥98.5wt.%；所述活性氧化铝微粉粒径为5μm，其Al2O3含量≥99.0wt.%，所述电熔尖晶石细粉粒径为200目，其Al2O3含量≥78.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%；所述添加剂为氧化钇微粉，其粒径为3μm，Y2O3含量≥99.99wt.%；所述氢氧化镁铝溶胶中的镁和铝的摩尔比为1∶2；所述电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒粒径为1~0mm，其Al2O3含量≥68.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%，CaO含量≥8.0wt.%。
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖，采用上述任一项所述钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法制备钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
本申请不烧砖性能检测方法如下：根据阿基米德原理，通过液体静力称重法测定不烧砖样品的体积密度及显气孔率。以尺寸规格为直径50±0.5mm、高50±0.5mm的圆柱体样品测定常温耐压强度，加载速率为0.15±0.005MPa/s。以尺寸规格为25mm×25mm×140mm的样品，采用3点弯曲试验测定样品的常温及高温抗折强度，加载速率为0.05±0.005MPa/s；高温抗折强度试验温度为1400±10℃，升温速率为4~6℃/min，保温时间为30min。通过测量样品1600℃×3h热处理前后的宽度L0和L计算烧后线变化率LCR=(L-L0)/L0×100%。选择水为冷却介质测定样品抗热震性，首先测试热处理后样品的常温抗折强度，记为σ0；将样品快速放入1100℃的热震炉中保温0.5h后迅速置于流动的冷水中淬冷进行降温处理；待样品表面接近常温后，按照上述步骤循环3次；最后将样品置于110℃的烘箱中干燥24h测试残余常温抗折强度σ；计算样品的抗折强度保持率Residual CMOR=(σ/σ0)×100%。整个使用寿命周期内侵蚀速率：测量不烧砖初始厚度w0和使用结束后最薄处残厚w以及使用次数n，侵蚀速率r=(w0-w)/n。所有检测每组样品数量为6个。
本发明所制备的钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖经检测：200℃×24h烘后体积密度为3.17g/cm3；200℃×24h烘后显气孔率为13.5%；200℃×24h烘后常温耐压强度为78MPa；1600℃×3h处理后高温抗折强度为7.3MPa；1600℃×3h处理后烧结线变化率为1.73%；烧结试样经1100℃-水冷热震循环处理3次后的强度保持率为76%；用于120t钢包的平均侵蚀速率为0.68mm/次，使用寿命为148炉。
实施例2
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，包括以下工作步骤：
步骤一、按质量组分称取板状刚玉颗粒32份、电熔棕刚玉颗粒8份、电熔白刚玉颗粒12份、电熔镁砂颗粒6份，将颗粒干混3~5分钟，得到混合料Ⅰ；
步骤二、按质量组分称取板状刚玉细粉8份，电熔白刚玉细粉2份，大结晶镁砂细粉5份，活性氧化铝微粉6份，电熔尖晶石细粉15份，添加剂2份，混合共磨3~5小时，得到混合料Ⅱ；
步骤三、在3分钟内向所述混合料Ⅰ中一次性缓慢加入氢氧化镁铝溶胶4份，混炼3~5分钟，得到混合料Ⅲ；其中，本申请采用自制氢氧化镁铝溶胶，其固含量8~12%。以硝酸铝九水合物（≥99.0wt.%）和硝酸镁六水合物（≥98.0wt.%）为铝源和镁源，以氨水（25~28%）调节pH值。根据金属阳离子摩尔比Al3+∶Mg2+ = 1∶(1~3)，称取一定量的硝酸铝九水合物和硝酸镁六水合物，分别溶解于去离子水中，加热至50~70℃并以300~500r/min转速磁力搅拌0.5~1h；之后将两种溶液混合，并向混合溶液滴加氨水，控制混合溶液pH值为8.5~9.5，持续搅拌1~2h，经沉淀、洗涤获得氢氧化镁铝沉淀凝胶；以8~12%的固含量将氢氧化镁铝沉淀凝胶分散于去离子水中，70~90℃恒温加热并磁力搅拌1~3h，经过凝胶胶溶化形成胶团结构，得到氢氧化镁铝溶胶。所述氢氧化镁铝溶胶在高温使用过程中形成镁砂，同时在原位发生尖晶石化反应生成镁铝尖晶石，促进不烧砖结构致密化；
步骤四、将所述混合料Ⅱ和混合料Ⅲ混合后，外加电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒10份，混炼20~30分钟后出料，得到混合料Ⅳ；
步骤五、将所述混合料Ⅳ机压成型，经过200℃×24h烘烤处理，制得所述无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
其中，所述板状刚玉颗粒粒径为5~1mm，所述板状刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥99.0wt.%；所述电熔棕刚玉颗粒粒径为3~0.1mm，其Al2O3含量≥94.5wt.%；所述电熔白刚玉颗粒粒径为3~0.1mm；所述电熔白刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥98.0wt.%；所述电熔镁砂颗粒粒径为1~0mm，其MgO含量≥98.0wt.%；所述大结晶镁砂细粉粒径为200目，其MgO含量≥98.5wt.%；所述活性氧化铝微粉粒径为5μm，其Al2O3含量≥99.0wt.%，所述电熔尖晶石细粉粒径为200目，其Al2O3含量≥78.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%；所述添加剂为氧化钇微粉，其粒径为3μm，Y2O3含量≥99.99wt.%；所述氢氧化镁铝溶胶中的镁和铝的摩尔比为1∶2；所述电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒粒径为1~0mm，其Al2O3含量≥68.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%，CaO含量≥8.0wt.%。
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖，采用上述任一项所述钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法制备钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
本申请不烧砖性能检测方法如下：根据阿基米德原理，通过液体静力称重法测定不烧砖样品的体积密度及显气孔率。以尺寸规格为直径50±0.5mm、高50±0.5mm的圆柱体样品测定常温耐压强度，加载速率为0.15±0.005MPa/s。以尺寸规格为25mm×25mm×140mm的样品，采用3点弯曲试验测定样品的常温及高温抗折强度，加载速率为0.05±0.005MPa/s；高温抗折强度试验温度为1400±10℃，升温速率为4~6℃/min，保温时间为30min。通过测量样品1600℃×3h热处理前后的宽度L0和L计算烧后线变化率LCR=(L-L0)/L0×100%。选择水为冷却介质测定样品抗热震性，首先测试热处理后样品的常温抗折强度，记为σ0；将样品快速放入1100℃的热震炉中保温0.5h后迅速置于流动的冷水中淬冷进行降温处理；待样品表面接近常温后，按照上述步骤循环3次；最后将样品置于110℃的烘箱中干燥24h测试残余常温抗折强度σ；计算样品的抗折强度保持率Residual CMOR=(σ/σ0)×100%。整个使用寿命周期内侵蚀速率：测量不烧砖初始厚度w0和使用结束后最薄处残厚w以及使用次数n，侵蚀速率r=(w0-w)/n。所有检测每组样品数量为6个。
本发明所制备的钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖经检测：200℃×24h烘后体积密度为3.26g/cm3；200℃×24h烘后显气孔率为9.3%；200℃×24h烘后常温耐压强度为88MPa；1600℃×3h处理后高温抗折强度为10.3MPa；1600℃×3h处理后烧结线变化率为1.20%；烧结试样经1100℃-水冷热震循环处理3次后的强度保持率为83%；用于120t钢包的平均侵蚀速率为0.63mm/次，使用寿命为159炉。
实施例3
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，包括以下工作步骤：
步骤一、按质量组分称取板状刚玉颗粒35份、电熔棕刚玉颗粒8份、电熔白刚玉颗粒10份、电熔镁砂颗粒7份，将颗粒干混3~5分钟，得到混合料Ⅰ；
步骤二、按质量组分称取板状刚玉细粉10份，电熔白刚玉细粉3份，大结晶镁砂细粉4份，活性氧化铝微粉5份，电熔尖晶石细粉12份，添加剂2份，混合共磨3~5小时，得到混合料Ⅱ；
步骤三、在3分钟内向所述混合料Ⅰ中一次性缓慢加入氢氧化镁铝溶胶4份，混炼3~5分钟，得到混合料Ⅲ；其中，本申请采用自制氢氧化镁铝溶胶，其固含量8~12%。以硝酸铝九水合物（≥99.0wt.%）和硝酸镁六水合物（≥98.0wt.%）为铝源和镁源，以氨水（25~28%）调节pH值。根据金属阳离子摩尔比Al3+∶Mg2+ = 1∶(1~3)，称取一定量的硝酸铝九水合物和硝酸镁六水合物，分别溶解于去离子水中，加热至50~70℃并以300~500r/min转速磁力搅拌0.5~1h；之后将两种溶液混合，并向混合溶液滴加氨水，控制混合溶液pH值为8.5~9.5，持续搅拌1~2h，经沉淀、洗涤获得氢氧化镁铝沉淀凝胶；以8~12%的固含量将氢氧化镁铝沉淀凝胶分散于去离子水中，70~90℃恒温加热并磁力搅拌1~3h，经过凝胶胶溶化形成胶团结构，得到氢氧化镁铝溶胶。所述氢氧化镁铝溶胶在高温使用过程中形成镁砂，同时在原位发生尖晶石化反应生成镁铝尖晶石，促进不烧砖结构致密化；
步骤四、将所述混合料Ⅱ和混合料Ⅲ混合后，外加电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒10份，混炼20~30分钟后出料，得到混合料Ⅳ；
步骤五、将所述混合料Ⅳ机压成型，经过200℃×24h烘烤处理，制得所述无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
其中，所述板状刚玉颗粒粒径为5~1mm，所述板状刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥99.0wt.%；所述电熔棕刚玉颗粒粒径为3~0.1mm，其Al2O3含量≥94.5wt.%；所述电熔白刚玉颗粒粒径为3~0.1mm；所述电熔白刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥98.0wt.%；所述电熔镁砂颗粒粒径为1~0mm，其MgO含量≥98.0wt.%；所述大结晶镁砂细粉粒径为200目，其MgO含量≥98.5wt.%；所述活性氧化铝微粉粒径为5μm，其Al2O3含量≥99.0wt.%，所述电熔尖晶石细粉粒径为200目，其Al2O3含量≥78.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%；所述添加剂为氧化钇微粉，其粒径为3μm，Y2O3含量≥99.99wt.%；所述氢氧化镁铝溶胶中的镁和铝的摩尔比为1∶2；所述电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒粒径为1~0mm，其Al2O3含量≥68.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%，CaO含量≥8.0wt.%。
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖，采用上述任一项所述钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法制备钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
本申请不烧砖性能检测方法如下：根据阿基米德原理，通过液体静力称重法测定不烧砖样品的体积密度及显气孔率。以尺寸规格为直径50±0.5mm、高50±0.5mm的圆柱体样品测定常温耐压强度，加载速率为0.15±0.005MPa/s。以尺寸规格为25mm×25mm×140mm的样品，采用3点弯曲试验测定样品的常温及高温抗折强度，加载速率为0.05±0.005MPa/s；高温抗折强度试验温度为1400±10℃，升温速率为4~6℃/min，保温时间为30min。通过测量样品1600℃×3h热处理前后的宽度L0和L计算烧后线变化率LCR=(L-L0)/L0×100%。选择水为冷却介质测定样品抗热震性，首先测试热处理后样品的常温抗折强度，记为σ0；将样品快速放入1100℃的热震炉中保温0.5h后迅速置于流动的冷水中淬冷进行降温处理；待样品表面接近常温后，按照上述步骤循环3次；最后将样品置于110℃的烘箱中干燥24h测试残余常温抗折强度σ；计算样品的抗折强度保持率Residual CMOR=(σ/σ0)×100%。整个使用寿命周期内侵蚀速率：测量不烧砖初始厚度w0和使用结束后最薄处残厚w以及使用次数n，侵蚀速率r=(w0-w)/n。所有检测每组样品数量为6个。
本发明所制备的钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖经检测：200℃×24h烘后体积密度为3.34g/cm3；200℃×24h烘后显气孔率为8.7%；200℃×24h烘后常温耐压强度为92MPa；1600℃×3h处理后高温抗折强度为12.9MPa；1600℃×3h处理后烧结线变化率为1.12%；烧结试样经1100℃-水冷热震循环处理3次后的强度保持率为87%；用于120t钢包的平均侵蚀速率为0.60mm/次，使用寿命为163炉。
实施例4
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，包括以下工作步骤：
步骤一、按质量组分称取板状刚玉颗粒40份、电熔棕刚玉颗粒5份、电熔白刚玉颗粒10份、电熔镁砂颗粒8份，将颗粒干混3~5分钟，得到混合料Ⅰ；
步骤二、按质量组分称取板状刚玉细粉8份，电熔白刚玉细粉4份，大结晶镁砂细粉3份，活性氧化铝微粉4份，电熔尖晶石细粉10份，添加剂3份，混合共磨3~5小时，得到混合料Ⅱ；
步骤三、在3分钟内向所述混合料Ⅰ中一次性缓慢加入氢氧化镁铝溶胶5份，混炼3~5分钟，得到混合料Ⅲ；其中，本申请采用自制氢氧化镁铝溶胶，其固含量8~12%。以硝酸铝九水合物（≥99.0wt.%）和硝酸镁六水合物（≥98.0wt.%）为铝源和镁源，以氨水（25~28%）调节pH值。根据金属阳离子摩尔比Al3+∶Mg2+ = 1∶(1~3)，称取一定量的硝酸铝九水合物和硝酸镁六水合物，分别溶解于去离子水中，加热至50~70℃并以300~500r/min转速磁力搅拌0.5~1h；之后将两种溶液混合，并向混合溶液滴加氨水，控制混合溶液pH值为8.5~9.5，持续搅拌1~2h，经沉淀、洗涤获得氢氧化镁铝沉淀凝胶；以8~12%的固含量将氢氧化镁铝沉淀凝胶分散于去离子水中，70~90℃恒温加热并磁力搅拌1~3h，经过凝胶胶溶化形成胶团结构，得到氢氧化镁铝溶胶。所述氢氧化镁铝溶胶在高温使用过程中形成镁砂，同时在原位发生尖晶石化反应生成镁铝尖晶石，促进不烧砖结构致密化；
步骤四、将所述混合料Ⅱ和混合料Ⅲ混合后，外加电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒15份，混炼20~30分钟后出料，得到混合料Ⅳ；
步骤五、将所述混合料Ⅳ机压成型，经过200℃×24h烘烤处理，制得所述无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
其中，所述板状刚玉颗粒粒径为5~1mm，所述板状刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥99.0wt.%；所述电熔棕刚玉颗粒粒径为3~0.1mm，其Al2O3含量≥94.5wt.%；所述电熔白刚玉颗粒粒径为3~0.1mm；所述电熔白刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥98.0wt.%；所述电熔镁砂颗粒粒径为1~0mm，其MgO含量≥98.0wt.%；所述大结晶镁砂细粉粒径为200目，其MgO含量≥98.5wt.%；所述活性氧化铝微粉粒径为5μm，其Al2O3含量≥99.0wt.%，所述电熔尖晶石细粉粒径为200目，其Al2O3含量≥78.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%；所述添加剂为氧化钇微粉，其粒径为3μm，Y2O3含量≥99.99wt.%；所述氢氧化镁铝溶胶中的镁和铝的摩尔比为1∶2；所述电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒粒径为1~0mm，其Al2O3含量≥68.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%，CaO含量≥8.0wt.%。
一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖，采用上述任一项所述钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法制备钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
本申请不烧砖性能检测方法如下：根据阿基米德原理，通过液体静力称重法测定不烧砖样品的体积密度及显气孔率。以尺寸规格为直径50±0.5mm、高50±0.5mm的圆柱体样品测定常温耐压强度，加载速率为0.15±0.005MPa/s。以尺寸规格为25mm×25mm×140mm的样品，采用3点弯曲试验测定样品的常温及高温抗折强度，加载速率为0.05±0.005MPa/s；高温抗折强度试验温度为1400±10℃，升温速率为4~6℃/min，保温时间为30min。通过测量样品1600℃×3h热处理前后的宽度L0和L计算烧后线变化率LCR=(L-L0)/L0×100%。选择水为冷却介质测定样品抗热震性，首先测试热处理后样品的常温抗折强度，记为σ0；将样品快速放入1100℃的热震炉中保温0.5h后迅速置于流动的冷水中淬冷进行降温处理；待样品表面接近常温后，按照上述步骤循环3次；最后将样品置于110℃的烘箱中干燥24h测试残余常温抗折强度σ；计算样品的抗折强度保持率Residual CMOR=(σ/σ0)×100%。整个使用寿命周期内侵蚀速率：测量不烧砖初始厚度w0和使用结束后最薄处残厚w以及使用次数n，侵蚀速率r=(w0-w)/n。所有检测每组样品数量为6个。
本发明所制备的钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖经检测：200℃×24h烘后体积密度为3.19g/cm3；200℃×24h烘后显气孔率为11.1%；200℃×24h烘后常温耐压强度为81MPa；1600℃×3h处理后高温抗折强度为8.7MPa；1600℃×3h处理后烧结线变化率为1.47%；烧结试样经1100℃-水冷热震循环处理3次后的强度保持率为81%；用于120t钢包的平均侵蚀速率为0.66mm/次，使用寿命为154炉。
综上，各个实施例的组分如下表所示：
Figure SMS_1
各个实施例的性能指标如下表所示：
Figure SMS_2
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，包括以下工作步骤：
步骤一、按质量组分称取板状刚玉颗粒30~40份、电熔棕刚玉颗粒5~10份、电熔白刚玉颗粒10~15份、电熔镁砂颗粒5~8份，将颗粒干混3~5分钟，得到混合料Ⅰ；
步骤二、按质量组分称取板状刚玉细粉8~10份，电熔白刚玉细粉2~5份，大结晶镁砂细粉3~6份，活性氧化铝微粉4~6份，电熔尖晶石细粉10~15份，添加剂1~3份，混合共磨3~5小时，得到混合料Ⅱ；
步骤三、在3分钟内向所述混合料Ⅰ中一次性缓慢加入镁铝尖晶石溶胶3~5份，混炼3~5分钟，得到混合料Ⅲ；
步骤四、将所述混合料Ⅱ和混合料Ⅲ混合后，外加电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒5~15份，混炼20~30分钟后出料，得到混合料Ⅳ；
步骤五、将所述混合料Ⅳ机压成型，经过200℃×24h烘烤处理，制得所述无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
2.根据权利要求1所述的一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，所述板状刚玉颗粒粒径为5~1mm，所述板状刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥99.0wt.%。
3.根据权利要求1所述的一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，所述电熔棕刚玉颗粒粒径为3~0.1mm，其Al2O3含量≥94.5wt.%。
4.根据权利要求1所述的一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，所述电熔白刚玉颗粒粒径为3~0.1mm；所述电熔白刚玉细粉粒径为325目，其组分均为Al2O3含量≥98.0wt.%；所述电熔镁砂颗粒粒径为1~0mm，其MgO含量≥98.0wt.%。
5.根据权利要求1所述的一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，所述大结晶镁砂细粉粒径为200目，其MgO含量≥98.5wt.%。
6.根据权利要求1所述的一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，所述活性氧化铝微粉粒径为5μm，其Al2O3含量≥99.0wt.%，所述电熔尖晶石细粉粒径为200目，其Al2O3含量≥78.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%。
7.根据权利要求1所述的一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，所述添加剂为氧化钇微粉，其粒径为3μm，Y2O3含量≥99.99wt.%。
8.根据权利要求7所述的一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，所述镁铝尖晶石溶胶中的镁和铝的摩尔比为1∶2。
9.根据权利要求1所述的一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法，其特征在于，所述电熔钙镁铝酸盐CMA颗粒粒径为1~0mm，其Al2O3含量≥68.0wt.%，MgO含量≥18.0wt.%，CaO含量≥8.0wt.%。
10.一种钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖，其特征在于，采用权利要求1~9中任一项所述钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖制备方法制备钢包用无碳刚玉-尖晶石不烧砖。
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