本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种钢包砖及其制备方法。
背景技术：
随着冶金技术的发展，对钢包用耐火材料的要求越来越高。钢包担负着载运钢水和进行炉外精炼的双重任务。20世纪50～70年代，我国的钢包砖主要使用的是硅酸铝质耐火材料，包括各种粘土砖和高铝砖等。从80年代起，我国陆续开发出了铝镁(碳)质、镁碳质和镁钙(碳)质等多个系列的新型钢包用耐火材料。其中铝镁(碳)质耐火材料品种多、规格全，是我国主要的钢包用耐火材料。
攀钢西昌钢钒产品定位主要为汽车板，该类板材对钢水的洁净度要求高。因此投产后其钢包就采用“包壁无碳砖+渣线镁碳砖”的砌筑模式。投产之初钢包使用寿命为100～110炉之间，经过加强修补和喷补等一系列技术措施，钢包的使用寿命有所提高，使用寿命稳定在130炉左右。
现有技术中生产无碳钢包砖一般以刚玉或用后无碳钢包砖为主要原料，以mgcl2.6h2o(卤水)为结合剂，这种钢包砖产品使用寿命为130炉左右，在使用至40～60炉时出现较大剥落，在使用至110炉左右时严重的剥落，对生产造成了严重的影响。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢包砖及其制备方法，本发明提供的钢包砖剥落时间明显延后。
本发明提供了一种钢包砖，由骨料、结合剂和助结合剂制备得到；
所述骨料包括刚玉、尖晶石和al2o3；
所述结合剂为硅溶胶；
所述助结合剂包括木质素磺酸钙或糖稀。
优选的，所述骨料、结合剂和助结合剂的质量比为(95～100)：(2～3)：(1～2)。
优选的，所述刚玉、尖晶石和al2o3质量比为(70～75)：(10～15)：(3～7)。
优选的，所述刚玉的粒度包括a、b、c和d中的一种或几种，3mm＜a≤5mm，1mm＜b≤3mm，0.1mm＜c≤1mm，d≤180目。
优选的，a粒度的刚玉、b粒度的刚玉、c粒度的刚玉和d粒度的刚玉的质量比为(10～30)：(20～40)：(10～20)：(10～15)。
优选的，所述硅溶胶中sio2的质量含量为20～41％。
优选的，所述硅溶胶的ph值为2～10.5。
优选的，所述硅溶胶的平均粒径为10～20nm。
本发明提供了一种上述技术方案所述的钢包砖的制备方法，包括：
将骨料、结合剂和助结合剂混合，得到混合料；
将混合料进行压力成型，得到砖坯；
将砖坯进行烘烤，得到钢包砖；
所述骨料包括刚玉、尖晶石和al2o3；
所述结合剂为硅溶胶；
所述助结合剂包括木质素磺酸钙或糖稀。
优选的，所述烘烤的温度为180～200℃。
与现有技术相比，本发明提供的钢包砖以硅溶胶为结合剂，并通过选取合适的助结合剂使无碳钢包砖具有良好的热震稳定性和抗渣侵蚀性，钢包砖的剥落时间明显延后。本发明提供的钢包砖使用至70炉左右时才开始出现剥落，其使用寿命比以mgcl2.6h2o为结合剂的无碳钢包砖提高20％以上，具有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种钢包砖，由骨料、结合剂和助结合剂制备得到；
所述骨料包括刚玉、尖晶石和al2o3；
所述结合剂为硅溶胶；
所述助结合剂包括木质素磺酸钙或糖稀。
在本发明中，所述刚玉中sio2的质量含量优选≤0.6％，al2o3的质量含量优选≥98％，fe2o3的质量含量优选≤0.13％，cao的质量含量优选≤0.1％，mgo的质量含量优选≤0.17％。在本发明中，所述刚玉的耐火度优选＞1790℃。本发明对所述刚玉的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。
在本发明中，所述刚玉的粒度优选包括a、b、c和d中的一种或几种，更优选包括a、b、c和d四种，3mm＜a≤5mm，优选为3.5～4.5mm；1mm＜b≤3mm，优选为1.5～2.5mm；0.1mm＜c≤1mm，优选为0.3～0.6mm；d≤180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)，优选≤325目(表示能够通过325目的网孔，即粒度小于45微米)。在本发明中，a粒度的刚玉、b粒度的刚玉、c粒度的刚玉和d粒度的刚玉的质量比优选为(10～30)：(20～40)：(10～20)：(10～15)，更优选为(15～25)：(25～35)：(12～18)：(11～14)，最优选为20:30:15：(12～13)。
在本发明中，所述刚玉也可采用使用后的无碳钢包砖代替，使用后的无碳钢包砖中sio2的质量含量优选≤1.5％，al2o3的质量含量优选≥85％，fe2o3的质量含量优选≤1.8％，cao的质量含量优选≤1.5％，mgo的质量含量优选≤5％。在本发明中，所述使用后的无碳钢包砖的耐火度优选＞1790℃。在本发明中，所述使用后的无碳钢包砖的粒度与上述技术方案所述刚玉的粒度一致，在此不再赘述。本发明对所述使用后的无碳钢包砖的来源没有特殊的限制，可将本发明提供的钢包砖使用后进行回收得到。
在本发明中，所述尖晶石中sio2的质量含量优选≤0.6％，al2o3的质量含量优选≥70％，fe2o3的质量含量优选≤0.3％，cao的质量含量优选≤0.5％，mgo的质量含量优选≥28％。在本发明中，所述尖晶石的粒度优选为≤180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)。
在本发明中，所述al2o3优选为α-al2o3。在本发明中，所述al2o3纯度优选≥99％。本发明对所述al2o3的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。
在本发明中，所述刚玉、尖晶石和al2o3质量比优选为(70～75)：(10～15)：(3～7)，更优选为(71～74)：(11～14)：(4～6)，最优选为(72～73)：(12～13)：5。
在本发明中，所述结合剂为硅溶胶。在本发明中，所述硅溶胶中sio2的质量含量优选为20～41％，更优选为20～21％，25～26％，30～31％或40～41％。在本发明中，所述硅溶胶的ph值优选为2～10.5，更优选为8.5～10、9～10.5或2～4。在本发明中，所述硅溶胶的粘度优选≤25.0×10-3pa·s，更优选≤7.0×10-3pa·s，更优选≤6.0×10-3pa·s，最优选≤5.0×10-3pa·s。在本发明中，所述硅溶胶的平均粒径优选为10～20nm，更优选为12～18nm，最优选为14～16nm。本发明对所述硅溶胶的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得，如可采用jn-20、jn-25、jn-30、jn-40、sw-20、sw-25或sw-30型号的硅溶胶。
在本发明中，所述助结合剂包括木质素磺酸钙或糖稀。本发明对所述助结合剂的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得。
在本发明中，所述骨料、结合剂和助结合剂的质量比优选为(95～100)：(2～3)：(1～2)，更优选为(96～99)：(2.2～2.8)：(1.2～1.8)，最优选为(97～98)：(2.4～2.6)：(1.4～1.6)。
本发明提供了一种上述技术方案所述的钢包砖的制备方法，包括：
将骨料、结合剂和助结合剂混合，得到混合料；
将混合料进行压力成型，得到砖坯；
将砖坯进行烘烤，得到钢包砖。
在本发明中，所述骨料、结合剂和助结合剂的种类、来源和用量与上述技术方案所述骨料、结合剂和助结合剂的种类、来源和用量一致，在此不再赘述。
在本发明中，所述混合料的制备方法优选为：
将刚玉或用后的无碳钢包砖、尖晶石和al2o3混合，得到骨料；
向骨料中加入硅溶胶搅拌2～3min后再加入助结合剂搅拌3～5min后出料，得到混合料。
在本发明中，所述压力成型的压力优选为80～120mpa，更优选为90～110mpa，最优选为100mpa。在本发明中，将砖坯烘烤之前优选将砖坯养护24小时。在本发明中，所述烘烤的温度优选为180～200℃，更优选为190℃。在本发明中，所述烘烤的时间优选为24小时。
本发明提供的钢包砖以及提供的方法制备得到的钢包砖中al2o3的质量含量优选≥82％，fe2o3的质量含量优选≤1.5％，mgo的质量含量≥6％。
本发明以下实施例中，所用的刚玉为三门峡电熔刚玉厂提供的，所用的使用后无碳钢包砖为本发明提供的钢包砖使用后回收得到的，使用的α-al2o3开封特耐公司提供的，使用的硅溶胶jn-20、jn-25、jn-30、jn-40、sw-20、sw-25、sw-30为青岛裕民源硅胶试剂厂提供的，使用的木质素磺酸钙为上海庭若化工有限公司提供的，使用的糖稀为攀枝花新阳天化工有限公司提供的；使用的尖晶石为开封特耐公司提供的。
本发明中各原料的成分和性能指标如表1和表2所示，表1为本发明实施例使用的刚玉、使用后无碳钢包砖、α-al2o3和尖晶石的成分和性能指标，表2为本发明实施例使用的硅溶胶的成分和性能指标。
表1本发明实施例使用的刚玉、使用后无碳钢包砖、α-al2o3和尖晶石的成分和性能指标
表2本发明实施例使用的硅溶胶的成分和性能指标
实施例1
将刚玉制备成5～3mm、3～1mm、1～0.1mm的颗粒，以及小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的细粉。加入5～3mm的刚玉20wt％，3～1mm的刚玉30wt％，1～0.1mm的刚玉15wt％，小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的刚玉细粉15wt％，粒度为小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的尖晶石粉11wt％，α-al2o35wt％，将上述骨料混合均匀，然后加入2wt％的jn-20溶胶结合剂搅拌2～3min，再加入2wt％的木质素磺酸钙，搅拌3～5min后出料。将得到的混合料采用100mpa压力成型为无碳钢包砖砖坯，将砖坯养护24h后在180～200℃的温度下烘烤24h，得到无碳钢包砖成品。
将本发明实施例1制备得到的无碳钢包砖采用gb/t6900－2006《铝硅系耐火材料化学分析方法》标准、gb/t2997－2000《致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法》、gb/t5072－2008《耐火材料常温耐压强度试验方法》、gb/t5988－2007《耐火材料加热永久线变化试验方法》、gb/t30873－2014《耐火材料抗热震性试验方法》标准进行成分和性能检测，检测结果如表3所示，表3为本发明实施例1得到的钢包砖的成分和性能检测结果。
表3本发明实施例1得到的钢包砖的成分和性能检测结果
实施例2
将刚玉制备成5～3mm、3～1mm、1～0.1mm的颗粒，以及小于180目的细粉(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)。加入5～3mm的刚玉20wt％，3～1mm的刚玉30wt％，1～0.1mm的刚玉15wt％，小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的刚玉细粉10wt％，粒度为小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的尖晶石粉15wt％，α-al2o35wt％，将上述骨料混合均匀，然后加入3wt％的jn-25溶胶结合剂搅拌2～3min，再加入2wt％的糖稀，搅拌3～5min后出料。将得到的混合料采用100mpa压力成型为无碳钢包砖砖坯，将砖坯养护24h后在180～200℃的温度下烘烤24h，得到无碳钢包砖成品。
按照实施例1的方法检测本发明实施例2制备的无碳钢包砖的成分和性能，检测结果如表4所示，表4为本发明实施例2得到的钢包砖的成分和性能检测结果。
表4本发明实施例2得到的钢包砖的成分和性能检测结果
实施例3
将刚玉制备成5～3mm、3～1mm、1～0.1mm的颗粒，以及小于180目的细粉(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)。加入5～3mm的刚玉20wt％，3～1mm的刚玉30wt％，1～0.1mm的刚玉15wt％，小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的刚玉细粉15wt％，粒度为小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的尖晶石粉10wt％，α-al2o35wt％，将上述骨料混合均匀，然后加入2.5wt％的jn-30溶胶结合剂搅拌2～3min，再加入1.5wt％的糖稀，搅拌3～5min后出料。将得到的混合料采用100mpa压力成型为无碳钢包砖砖坯，将砖坯养护24h后在180～200℃的温度下烘烤24h，得到无碳钢包砖成品。
按照实施例1的方法检测本发明实施例3制备的无碳钢包砖的成分和性能，检测结果如表5所示，表5为本发明实施例3得到的钢包砖的成分和性能检测结果。
表5本发明实施例3得到的钢包砖的成分和性能检测结果
实施例4
将刚玉制备成5～3mm、3～1mm、1～0.1mm的颗粒，以及小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的细粉。加入5～3mm的刚玉20wt％，3～1mm的刚玉30wt％，1～0.1mm的刚玉15wt％，小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的刚玉细粉15wt％，粒度为小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的尖晶石粉11wt％，α-al2o35wt％，将上述骨料混合均匀，然后加入3wt％的jn-40溶胶结合剂搅拌2～3min，再加入2wt％的木质素磺酸钙，搅拌3～5min后出料。将得到的混合料采用100mpa压力成型为无碳钢包砖砖坯，将砖坯养护24h后在180～200℃的温度下烘烤24h，得到无碳钢包砖成品。
按照实施例1的方法检测本发明实施例4制备的无碳钢包砖的成分和性能，检测结果如表6所示，表6为本发明实施例4得到的钢包砖的成分和性能检测结果。
表6本发明实施例4得到的钢包砖的成分和性能检测结果
实施例5
将刚玉制备成5～3mm、3～1mm、1～0.1mm的颗粒，以及小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的细粉。加入5～3mm的刚玉20wt％，3～1mm的刚玉30wt％，1～0.1mm的刚玉15wt％，小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的刚玉细粉13wt％，粒度为小于180目(表示能够通过180目的网孔，即粒度小于80微米)的尖晶石粉13wt％，α-al2o35wt％，将上述骨料混合均匀，然后加入3wt％的sw-20溶胶结合剂搅拌2～3min，再加入1wt％的糖稀，搅拌3～5min后出料。将得到的混合料采用100mpa压力成型为无碳钢包砖砖坯，将砖坯养护24h后在180～200℃的温度下烘烤24h，得到无碳钢包砖成品。
按照实施例1的方法检测本发明实施例5制备的无碳钢包砖的成分和性能，检测结果如表7所示，表7为本发明实施例5得到的钢包砖的成分和性能检测结果。
表7本发明实施例5得到的钢包砖的成分和性能检测结果
由以上实施例可知，本发明提供了一种钢包砖，由骨料、结合剂和助结合剂制备得到；所述骨料包括刚玉、尖晶石和al2o3；所述结合剂为硅溶胶；所述助结合剂包括木质素磺酸钙或糖稀。与现有技术相比，本发明提供的钢包砖以硅溶胶为结合剂，并通过选取合适的助结合剂使无碳钢包砖具有良好的热震稳定性和抗渣侵蚀性，钢包砖的剥落时间明显延后。本发明提供的钢包砖使用至70炉左右时才开始出现剥落，其使用寿命比以mgcl2.6h2o为结合剂的无碳钢包砖提高20％以上，具有良好的经济效益和社会效益。
以上所述的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。