本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种钢包用尖晶石微粉浇注料和由该浇注料制备预制件的方法。
背景技术：
传统的刚玉质的钢包材料普遍使用寿命低，经分析，钢包材料损毁的主要原因是钢水的冲刷、侵蚀及热震损毁，而刚玉-尖晶石质因其具有优异的高温力学性能，抗热震性能和抗渣性能好等特点，已广泛应用于精炼钢包中。近年来随着电加热和真空精炼的比例大幅度提高，对冶炼净钢及高规格钢种需求逐年提升，同时，也对炼钢厂钢包精炼工艺提出了更高的要求，冶炼时间延长、合金元素引入、冶炼温度提高等。因此，对炼钢耐火材料的使用提出了新要求，特别是对钢包材料的性能要求。普通刚玉-尖晶石钢包材料很难达到使用要求，热震性能差、侵蚀速率快是一直制约着钢包使用寿命主要原因。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种钢包用尖晶石微粉浇注料，该浇注料具有较高的常温强度、高温强度，具有优异的高温抗折强度、抗渣侵蚀性和抗热震性，可以提高钢包材料的使用寿命。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种钢包用尖晶石微粉浇注料，包含如下质量份的组分：板状刚玉颗粒25～40份、白刚玉颗粒15～25份、电熔镁铝尖晶石颗粒15～20份、白刚玉细粉8～12份、α-al2o3微粉6～10份、烧结尖晶石微粉3～5份、水泥6～7份、钢纤维1～2份、外加剂1～3份。
作为优选，所述板状刚玉颗粒的组成为：粒径为3～5mm的组分与粒径为5～8mm的组分质量比为10～15:15～25。
作为优选，所述白刚玉颗粒的粒径为1～3mm；所述白刚玉细粉的组成为：粒径为170～190目的组分与粒径为310～330目的组分质量比为4～6:4～6。
作为优选，所述电熔镁铝尖晶石颗粒的粒径≤1mm。
作为优选，所述α-al2o3微粉的组成为：粒径为1～2μm的组分与粒径为2～4μm的组分质量比为4～6:2～4。
作为优选，所述烧结尖晶石微粉的粒径为490～510目。
本发明还提供了一种预制件的制备方法，包含如下步骤：
将所述组分和水混合，得到混合料；
将所得混合料进行成型，得到成型料；
将所述成型料进行养护处理，得到所述预制件。
作为优选，所述水与各组分的质量比为5～7:100。
作为优选，所述成型料进行养护处理后再进行烧结。
作为优选，所述烧结的温度为1200～1600℃，所述烧结的时间为2～4h。
本发明的有益效果是：烧结尖晶石微粉使浇注料更加致密，孔隙率降低，孔径减小，同时促进六铝酸钙(ca6)的生成，使基质结构得到优化。烧结尖晶石微粉可以通过固溶反应提高材料中固相间的结合程度，从而改善制品的性能；烧结尖晶石微粉会促进六铝酸钙(ca6)的生成，基质中电熔镁铝尖晶石(ma)与ca6相互交叉，形成网络状结构，同时ma与al2o3高温下易形成晶格缺陷型尖晶石固溶体，最终形成ca6相、ma与al2o3的固溶体、ma相紧密结合形成层状网络结构，从而使基质结构得到优化，有助于提高浇注料的抗冲刷性和抗热震性。烧结尖晶石微粉可以显著提高浇注料的强度，尤其是高温抗折强度和抗热震性；提高了钢包材料的综合性能，有效延长了钢包材料的使用寿命。
具体实施方式
本发明提供了一种钢包用尖晶石微粉浇注料，包含如下质量份的组分：板状刚玉颗粒25～40份、白刚玉颗粒15～25份、电熔镁铝尖晶石颗粒15～20份、白刚玉细粉8～12份、α-al2o3微粉6～10份、烧结尖晶石微粉3～5份、水泥6～7份、钢纤维1～2份、外加剂1～3份。
在本发明中，所述板状刚玉颗粒中al2o3含量优选≥99wt％。
在本发明中，所述板状刚玉颗粒的组成为：粒径为3～5mm的组分与粒径为5～8mm的组分质量比优选为10～15:15～25，进一步优选为11～14:18～22。
在本发明中，所述板状刚玉颗粒中粒径为3～5mm的组分包含粒径等于3mm的成分，不包含粒径等于5mm的成分；所述板状刚玉颗粒中粒径为5～8mm的组分包含粒径等于5mm的成分，包含粒径等于8mm的成分。
在本发明中，所述白刚玉颗粒中al2o3含量优选≥99wt％。
在本发明中，所述白刚玉颗粒的粒径优选为1～3mm，进一步优选为2mm；所述白刚玉细粉的组成为：粒径为170～190目的组分与粒径为310～330目的组分质量比优选为4～6:4～6，进一步优选为5:5。
在本发明中，所述电熔镁铝尖晶石颗粒的粒径优选≤1mm。
在本发明中，所述α-al2o3微粉中al2o3含量优选≥99wt％。
在本发明中，所述α-al2o3微粉的组成为：粒径为1～2μm的组分与粒径为2～4μm的组分质量比优选为4～6:2～4，进一步优选为5:3。
在本发明中，所述α-al2o3微粉中粒径为1～2μm的组分包含粒径等于1μm的成分，不包含粒径等于2μm的成分；所述α-al2o3微粉中粒径为2～4μm的组分包含粒径等于2μm的成分，包含粒径等于4μm的成分。
在本发明中，所述烧结尖晶石微粉优选al2o3含量为70～75wt％，mgo含量为25～30wt％。
在本发明中，所述烧结尖晶石微粉的粒径优选为490～510目，进一步优选为495～505目，更进一步优选为500目。
在本发明中，所述水泥优选al2o3含量≥70wt％。
在本发明中，所述外加剂优选由减水剂、防爆剂和缓凝剂组成或由减水剂、防爆剂和促凝剂组成。
在本发明中，所述减水剂、防爆剂、缓凝剂或减水剂、防爆剂、促凝剂的质量比优选为0.5～1.5:0.1～0.15:0.02～0.06，进一步优选为0.7～1.0:0.12～0.13:0.03～0.05。
在本发明中，所述减水剂优选为氧化铝超细粉类减水剂，所述防爆剂优选为有机纤维、金属铝粉，所述缓凝剂优选为柠檬酸，所述促凝剂优选为纯铝酸盐水泥促凝剂。
本发明还提供了一种预制件的制备方法，包含如下步骤：
将所述组分和水混合，得到混合料；
将所得混合料进行成型，得到成型料；
将所述成型料进行养护处理，得到所述预制件。
在本发明中，所述水与各组分的质量比为5～7:100，进一步优选为6:100。
在本发明中，所述组分与水的混合时间优选为2～4分钟。
在本发明中，所述成型优选振动浇注成型，所述振动的频率优选为2800～2900次/分钟，进一步优选为2860次/分钟；振幅优选为0.3～0.6mm，进一步优选为0.4～0.5mm；电机功率优选为1.4～1.6千瓦、370～390v，进一步优选为1.5千瓦、380v；振动时间优选为3～5分钟，进一步优选为4分钟。
在本发明中，所述成型料养护具体在养护窑中进行，所述成型料养护的温度优选为50～70℃，养护的时间优选为12～36h，进一步优选为24h，养护后进行脱模处理。
在本发明中，所述成型料进行养护处理后优选再进行烧结，所述烧结可进一步地优化所得产品的性能。
在本发明中，所述烧结的温度优选为1200～1600℃，进一步优选为1300～1500℃，更进一步优选为1400℃，所述烧结的时间优选为2～4h，进一步优选为3h。
下面结合实施例对本发明提供的钢包用尖晶石微粉浇注料和由该浇注料制备预制件的方法进行详细的说明，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
取12.5份粒径为3～5mm的板状刚玉颗粒，20份粒径为5～8mm的板状刚玉颗粒，17.5份粒径≤1mm的电熔镁铝尖晶石颗粒，20份粒径为1～3mm的白刚玉颗粒，5份粒径为180目的白刚玉细粉，5份粒径为320目的白刚玉细粉，5份粒径为1μm的α-al2o3微粉，3份粒径为3μm的α-al2o3微粉，4份粒径为500目的烧结尖晶石微粉，5份水泥，1份钢纤维和2份外加剂，外加剂包括氧化铝超细粉减水剂，金属铝粉防爆剂，纯铝酸盐水泥促凝剂，比例为0.8:0.12:0.04。将上述组分干混3分钟，再外加6wt％的水搅拌5分钟，振动浇注成型，振动的频率为2860次/分钟，振幅为0.5mm，电机功率为1.5千瓦、380v，振动时间为4分钟，制成40mm×40mm×160mm的标准条形试样，在60℃条件下自然养护24h后，脱模，将标准条形试样放入烘箱内在110℃条件下干燥24h。
所得产品的理化指标为：显气孔率9％，体积密度3.27g/cm3，常温耐压强度69.3mpa，常温抗折强度16.7mpa，抗热震性，抗冲刷性均较好。
实施例2
取12.5份粒径为3～5mm的板状刚玉颗粒，20份粒径为5～8mm的板状刚玉颗粒，17.5份粒径≤1mm的电熔镁铝尖晶石颗粒，20份粒径为1～3mm的白刚玉颗粒，5份粒径为180目的白刚玉细粉，5份粒径为320目的白刚玉细粉，5份粒径为1μm的α-al2o3微粉，3份粒径为3μm的α-al2o3微粉，4份粒径为500目的烧结尖晶石微粉，5份水泥，1份钢纤维和2份外加剂，外加剂包括氧化铝超细粉减水剂，金属铝粉防爆剂，纯铝酸盐水泥促凝剂，比例为0.8:0.12:0.04。将上述组分干混3分钟，再外加6wt％的水搅拌5分钟，振动浇注成型，振动的频率为2860次/分钟，振幅为0.5mm，电机功率为1.5千瓦、380v，振动时间为4分钟，制成40mm×40mm×160mm的标准条形试样，在60℃条件下自然养护24h后，脱模，将标准条形试样放入烘箱内在110℃条件下干燥24h，并将试样在1200℃下烧结3h。
所得产品的理化指标为：显气孔率14％，体积密度3.16g/cm3，耐压强度83.3mpa，抗折强度≥23.9mpa，抗热震性，抗冲刷性均较好。
实施例3
原料组成和生产工艺与实施例2相同，不同之处在于：将标准条形试样干燥后在1600℃下烧结3h。
所得产品的理化指标为：显气孔率17％，体积密度3.12g/cm3，耐压强度79.6mpa，抗折强度≥23.9mpa，抗热震性，抗冲刷性均较好。
实验例1
将实施例1产品的标准条形试样放入高温抗折试验机，测其高温抗折强度，试验温度为1400℃，保温时间为30min。
所得产品的理化指标为：高温抗折强度6.5mpa。
实验例2
按照实施例1的原料组成混合，干混3分钟，再外加6wt％的水搅拌5分钟，振动浇注成型，振动的频率为2860次/分钟，振幅为0.5mm，电机功率为1.5千瓦、380v，振动时间为4分钟，制成70mm×70mm×230mm的条形试样，自然养护24h后，脱模，将试样放入烘箱内在110℃干燥24h，将条形试样放入1100℃炉内烧结20min，取出后将其冷却，再放置空气中自然干燥5min后，再次放入1100℃炉内。重复以上操作直至试样断裂端面的破损率大于50％，记录急冷次数。
所得产品的理化指标为：抗热震性次数达到51次，抗热震性较好。
由以上实施例可知，本发明提供了一种钢包用尖晶石微粉浇注料，烧结尖晶石微粉使浇注料更加致密，孔隙率降低，孔径减小，同时促进六铝酸钙(ca6)的生成，使基质结构得到优化。该浇注料具有较高的常温强度、高温强度，具有优异的高温抗折强度、抗渣侵蚀性和抗热震性，有效提高了钢包材料的使用寿命。
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。