本發明屬于耐火材料技術領域，特別涉及一種提釩爐專用鎂碳稀土磚及其制備方法。

背景技術：

釩的用途十分廣泛，素有金屬“維生素”之稱，是發展現代工業、現代國防和現代科學技術不可缺少的重要材料；據相關資料報道，世界上釩儲量有98%產于釩鈦磁鐵礦，每年從釩鈦磁鐵礦中提取的釩制品約占世界釩制品生產總量的88%；因此，利用提釩爐進行鐵水預提釩是目前世界上普遍應用的一種工藝，我國一般采用轉爐進行鐵水提釩和半鋼冶煉的方法來冶煉釩鈦磁鐵礦。

目前提釩爐普遍采用鎂碳磚作為工作內襯，但是由于提釩爐內的工作溫度較低，一般要求在1390~1420^oC，而且工作環境為高氧化性和酸性條件；在這樣的工作條件下，鎂碳磚在高氧化性條件下被氧化形成脫碳層后，脫碳層中鎂砂顆粒難以在1390~1420^oC的條件下進行燒結，導致脫碳層的強度較低，最終致使內襯在提釩過程中受到爐渣的侵蝕和沖刷而剝落，嚴重影響爐襯壽命，而且影響釩渣的品位。此外，由于脫碳層的強度較低，使得采用濺渣護爐技術時，導致脫碳層和濺渣在下一爐次熔渣的侵蝕和沖刷作用下一起剝落，使得濺渣護爐效果降低；鑒于上述原因，目前世界上的提釩爐使用壽命普遍較低，我國攀鋼提釩轉爐壽命一般在8000爐以下，遠低于普通煉鋼轉爐的20000爐，因此傳統的鎂碳磚難以滿足提釩爐生產的需求，急需開發一種能夠滿足含釩鐵水提釩爐使用的新型品種的耐火材料。

技術實現要素：

針對目前提釩爐所用鎂碳磚在提釩過程中所存在的上述問題，本發明提供一種提釩爐專用鎂碳稀土磚及其制備方法，通過改變耐火磚的成分組成，使其能夠在提釩溫度下（1380 ~ 1420℃）提高脫碳層的抗沖刷性能以及掛渣性能，從而提高提釩爐的使用壽命。

本發明的提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂78~88%，鱗片狀石墨粉8~15%，稀土氧化物1~12%，網狀固定碳0.5~5%，抗氧化劑0.5~5%；所述的電熔鎂砂為97電熔鎂砂、98C高純鎂砂、大結晶電熔鎂砂、975二鈣電熔鎂砂或98二鈣電熔鎂砂，粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的10~25%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的25~40%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的30~45%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的10~17%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的5%以下，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的1%以下。

上述的鱗片狀石墨粉中固定碳的重量含量≥98%，鱗片狀石墨粉的粒徑≥0.125mm，單個鱗片狀石墨粉厚度δ≤0.015mm。

上述網狀固定碳是采用瀝青、酚醛樹脂或兩者的混合物為原料，經過預加熱改性后得到的網絡狀結構的含碳結合劑，其中碳的重量含量≥50%。

上述稀土氧化物為Y₂O₃、CeO₂、La₂O₃、Nd₂O₃和Sm₂O₃中的一種或兩種以上混合物，其中稀土氧化物的純度≥95%，粒度≤200目。

上述抗氧化劑為鋁粉、硅粉、碳化硅粉和B₄C粉中的一種或兩種以上混合物，其中鋁粉、硅粉、碳化硅粉和B₄C純度≥98.5%，粒度≤300目。

本發明的提釩爐專用鎂碳稀土磚的制備方法按以下步驟進行：

1、 準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾1~2分鐘，然后加入網狀固定碳混碾1~2分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾1~2分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾1~2分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾17~22分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度30~80 r/min；

2、將混合原料置于困料室中困料24h以上，然后在200~250MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

3、將磚坯放置在干燥窯內，在180~220℃條件下干燥18~22h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚。

上述所述方法中物料混碾總時間不少于25mim。

本發明的提釩爐用鎂碳稀土磚中的稀土氧化物可以促進脫碳層中鎂砂顆粒在適宜提釩溫度的條件下燒結，產生的燒結活性能夠使得脫碳層能夠實現與原磚結合牢固，使得脫碳層在熔池的沖刷下不剝落，而且滿足濺渣護爐工藝；本發明提供的含稀土氧化物鎂碳稀土磚制備方法簡單，具備良好的應用前景。

具體實施方式

本發明實施例中選用的電熔鎂砂為97電熔鎂砂、98C高純鎂砂、大結晶電熔鎂砂、975二鈣電熔鎂砂和98二鈣電熔鎂砂均為市購產品。

本實施例中選用的鱗片狀石墨、稀土氧化物（Y₂O₃、CeO₂、La₂O₃、Nd₂O₃和Sm₂O₃）、瀝青均為市購產品。

本實施例中選用的酚醛樹脂為市購熱固性液態酚醛樹脂。

本實施例中選用的抗氧化劑為鋁粉、硅粉、碳化硅粉或B₄C粉均為市購產品。

本發明實施例中選用的混料機為JW500型輪碾式混料機。

本發明實施例中選用的磚坯成型設備為J53-1000B型（液壓）雙盤摩擦壓力機。

本發明實施例中選用的干燥設備為全自動紅外線電干燥窯。

本發明實施例中的經過預加熱改性后得到的網絡狀結構的含碳結合劑是指：將瀝青、酚醛樹脂或兩者的混合物加熱至82±1℃保溫3~4h，然后冷卻至常溫。

本發明實施例中的提釩爐用鎂碳稀土磚的常溫耐壓強度為39~56MPa。

本發明實施例中測定常溫耐壓強度采用的標準GB 為T 5072-2008。

實施例1

提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂78%，鱗片狀石墨粉13%，稀土氧化物3.5%，網狀固定碳5%，抗氧化劑0.5%；所述的電熔鎂砂為97電熔鎂砂（其中Mg≥97%，顆粒密度≥3.45g/cm³，灼減≤0.3%），粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的18.3%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的31.4%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的36.9%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的11.5%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的1.2%，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的0.7%；

鱗片狀石墨粉中固定碳的重量含量98.5%，鱗片狀石墨粉的粒徑0.125~0.18mm，單個鱗片狀石墨粉厚度δ≤0.015mm；

網狀固定碳是采用瀝青為原料，經過預加熱改性后得到的網絡狀結構的含碳結合劑，其中碳的重量含量54%；

稀土氧化物為Y₂O₃，純度≥95%，粒度≤200目；

抗氧化劑為鋁粉，純度≥98.5%，粒度≤300目；

制備方法為：

準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾1分鐘，然后加入網狀固定碳混碾2分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾1分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾2分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾19分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度30 r/min；混碾總時間25mim；

將混合原料置于困料室中困料24h，然后在230MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

將磚坯放置在干燥窯內，在180℃條件下干燥22h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚，常溫耐壓強度為39MPa。

實施例2

提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂88%，鱗片狀石墨粉8%，稀土氧化物1%，網狀固定碳2%，抗氧化劑1%；所述的電熔鎂砂為98C高純鎂砂（MgO≥97.2%，顆粒密度≥3.25g/cm³，灼減≤0.3%），粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的17.6%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的29.8%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的38.4%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的12.1%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的1.5%，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的0.6%；

鱗片狀石墨粉同實施例1；

網狀固定碳是采用酚醛樹脂為原料，經過預加熱改性后得到的網絡狀結構的含碳結合劑，其中碳的重量含量57%；

稀土氧化物為CeO₂，純度≥95%，粒度≤200目；

抗氧化劑為硅粉，純度≥98.5%，粒度≤300目；

制備方法為：

準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾2分鐘，然后加入網狀固定碳混碾2分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾2分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾2分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾17分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度80 r/min；混碾總時間25mim；

將混合原料置于困料室中困料28h，然后在250MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

將磚坯放置在干燥窯內，在220℃條件下干燥18h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚，常溫耐壓強度為45MPa。

實施例3

提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂80%，鱗片狀石墨粉10%，稀土氧化物2%，網狀固定碳3%，抗氧化劑5%；所述的電熔鎂砂為975二鈣電熔鎂砂（其中MgO≥97.5%，CaO/SiO₂摩爾比≥2，顆粒密度≥3.45g/cm³），粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的12.4%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的34.2%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的33.8%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的16.1%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的2.6%，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的0.9%；

鱗片狀石墨粉同實施例1

網狀固定碳是采用瀝青和酚醛樹脂的等質量混合物為原料，經過預加熱改性后得到的網絡狀結構的含碳結合劑，其中碳的重量含量55%；

稀土氧化物為La₂O₃，純度≥95%，粒度≤200目；

抗氧化劑為碳化硅粉，純度≥98.5%，粒度≤300目；

制備方法為：

準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾1分鐘，然后加入網狀固定碳混碾1分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾1分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾1分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾22分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度50 r/min；混碾總時間26mim；

將混合原料置于困料室中困料25h，然后在200MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

將磚坯放置在干燥窯內，在200℃條件下干燥20h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚，常溫耐壓強度為42MPa。

實施例4

提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂79%，鱗片狀石墨粉8%，稀土氧化物12%，網狀固定碳0.5%，抗氧化劑0.5%；所述的電熔鎂砂為98二鈣電熔鎂砂（其中MgO≥98%，CaO/SiO₂摩爾比≥2，顆粒密度≥3.50g/cm³），粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的18.1%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的29.7%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的34.5%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的13.7%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的3.2%，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的0.8%；

鱗片狀石墨粉同實施例1

網狀固定碳同實施例1；

稀土氧化物為Nd₂O₃，純度≥95%，粒度≤200目；

抗氧化劑為B₄C粉，純度≥98.5%，粒度≤300目；

制備方法為：

準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾2分鐘，然后加入網狀固定碳混碾1分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾2分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾1分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾20分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度60 r/min；混碾總時間26mim；

將混合原料置于困料室中困料24h，然后在240MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

將磚坯放置在干燥窯內，在180℃條件下干燥22h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚，常溫耐壓強度為50MPa。

實施例5

提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂78%，鱗片狀石墨粉15%，稀土氧化物3%，網狀固定碳2%，抗氧化劑2%；所述的電熔鎂砂同實施例1，粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的25%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的25%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的34%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的11%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的4%，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的1%；

鱗片狀石墨粉同實施例1

網狀固定碳同實施例2；

稀土氧化物為Sm₂O₃，純度≥95%，粒度≤200目；

抗氧化劑為鋁粉、硅粉、碳化硅粉和B₄C粉是等質量混合物，其中鋁粉、硅粉、碳化硅粉和B₄C純度≥98.5%，粒度≤300目；

制備方法為：

準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾2分鐘，然后加入網狀固定碳混碾2分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾2分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾2分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾20分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度40 r/min；混碾總時間28mim；

將混合原料置于困料室中困料28h，然后在250MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

將磚坯放置在干燥窯內，在220℃條件下干燥18h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚，常溫耐壓強度為48MPa。

實施例6

提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂84%，鱗片狀石墨粉9%，稀土氧化物2%，網狀固定碳2%，抗氧化劑3%；所述的電熔鎂砂為同實施例2，粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的10%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的40%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的30%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的15%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的4.5%，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的0.5%；

鱗片狀石墨粉同實施例1

網狀固定碳同實施例3；

稀土氧化物為Y₂O₃、CeO₂、La₂O₃、Nd₂O₃和Sm₂O₃的等質量混合物，稀土氧化物的純度≥95%，粒度≤200目；

抗氧化劑為鋁粉和B₄C粉的等質量混合物，其中鋁粉和B₄C純度≥98.5%，粒度≤300目；

制備方法為：

準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾2分鐘，然后加入網狀固定碳混碾2分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾2分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾2分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾18分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度40 r/min；混碾總時間26mim；

將混合原料置于困料室中困料26h，然后在220MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

將磚坯放置在干燥窯內，在200℃條件下干燥20h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚，常溫耐壓強度為56MPa。

實施例7

提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂81%，鱗片狀石墨粉10%，稀土氧化物6%，網狀固定碳1.5%，抗氧化劑1.5%；所述的電熔鎂砂同實施例3，粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的11%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的26%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的45%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的12%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的5%，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的1%；

鱗片狀石墨粉同實施例1

網狀固定碳同實施例1；

稀土氧化物為Y₂O₃和Sm₂O₃的等質量混合物，稀土氧化物的純度≥95%，粒度≤200目；

抗氧化劑為硅粉和碳化硅粉的等質量混合物，其中硅粉和碳化硅粉純度≥98.5%，粒度≤300目；

制備方法為：

準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾2分鐘，然后加入網狀固定碳混碾2分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾2分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾2分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾19分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度80 r/min；混碾總時間27mim；

將混合原料置于困料室中困料24h，然后在200MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

將磚坯放置在干燥窯內，在200℃條件下干燥20h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚，常溫耐壓強度為50MPa。

實施例8

提釩爐用鎂碳稀土磚的原料成分按重量百分比為電熔鎂砂79%，鱗片狀石墨粉10%，稀土氧化物3%，網狀固定碳3%，抗氧化劑5%；所述的電熔鎂砂為大結晶電熔鎂砂，粒徑≤5mm，其中粒徑小于等于5mm 大于3mm的部分占總重量的15%，粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分占總重量的35%，粒徑小于等于2mm大于1mm的部分占總重量的37%、粒徑小于等于1mm大于0.5mm的部分占總重量的10%，粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分占總重量的2%，粒徑≤0.088mm的部分占總重量的1%；

鱗片狀石墨粉同實施例1

網狀固定碳同實施例1；

稀土氧化物為Y₂O₃和Sm₂O₃的等質量混合物，稀土氧化物的純度≥95%，粒度≤200目；

抗氧化劑為硅粉和碳化硅粉的等質量混合物，其中硅粉和碳化硅粉純度≥98.5%，粒度≤300目；

制備方法為：

準備電熔鎂砂，將其中粒徑小于等于5mm大于3mm的部分、粒徑小于等于3mm大于2 mm的部分以及粒徑小于等于2mm大于1mm的部分置于混料機中混碾2分鐘，然后加入網狀固定碳混碾2分鐘，再加入鱗片狀石墨粉混碾2分鐘，再繼續加入粒徑小于等于1mm大于0.5mm的電熔鎂砂、粒徑小于等于0.5mm大于0.088 mm的部分和粒徑≤0.088mm的電熔鎂砂混碾2分鐘，最后加入稀土氧化物和抗氧化劑高速混碾18分鐘，制成混合原料；所述的高速混碾是指混碾速度50 r/min；混碾總時間26mim；

將混合原料置于困料室中困料24h，然后在220MPa 的壓力下壓制成型，制成磚坯；

將磚坯放置在干燥窯內，在200℃條件下干燥20h，獲得提釩爐專用鎂碳稀土磚，常溫耐壓強度為51MPa。