本发明属于钢铁冶金用耐火材料制备技术领域，涉及一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法，具体是指一种添加纳米碳源和碳化硅-氧化物复合微粉改善超低碳镁碳材料抗渣性和抗热震性。
背景技术：
在钢铁冶金领域，镁碳材料因具有优异的高温性能，被广泛应用在钢包、转炉和电炉等冶金内衬。然而传统镁碳材料在冶炼高质量洁净钢时，引起严重的钢水增碳问题，因此，开发超低碳镁碳材料已成为钢铁冶金的研究重点。
然而，碳含量降低以后，镁碳材料的热导率下降，弹性模量增大，使得钢水及钢渣与材料的湿润性增强，从而降低了镁碳材料的抗渣侵蚀性和抗热震性。
纳米碳源具有超细的粒度，良好的高分散性，以纳米碳源代替传统的天然石墨，可有效提高超低碳镁碳材料的抗热震性。
sic具有良好的耐高温性能，由sio2基天然矿物或废渣制备的碳化硅-氧化物复合微粉，添加到超低碳镁碳材料中，可大幅度改善超低碳镁碳材料的抗热震和抗渣侵蚀性。
技术实现要素：
在降低mgo-c耐火材料含碳量的前提下，增强耐火材料的抗热震性和抗渣侵蚀性，本发明提出了一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法。
本发明先将sio2基天然矿物或废渣、纳米碳源充分混匀后，在保护气氛下合成碳化硅-氧化物复合微粉；然后按照一定的配比，将碳化硅-氧化物复合微粉与电熔镁砂细粉充分混匀，按照镁碳耐火制品的生产方法，经成型、干燥、高温热处理后，得到高性能超低碳镁碳材料。
一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法，按以下步骤进行：
步骤1：碳化硅-氧化物复合微粉的合成
(1)将sio2基天然矿物或废渣与纳米碳源充分球磨混匀；sio2基天然矿物或废渣与碳源的质量配比，应根据原料的纯度和碳热还原反应需要的碳量计算，为促进碳热还原反应充分进行，通常加入过量的碳源。
(2)将混匀后的原料放入高温炉内于充分进行碳热还原反应，在惰性气氛下合成碳化硅-氧化物复合微粉。
(3)碳化硅-氧化物复合微粉随炉冷却后，于700℃空气条件下保温2h，以去除多余的碳；
步骤2：纳米碳源和碳化硅-氧化物复合微粉改善的超低碳镁碳材料的制备
(1)将电熔镁砂、纳米碳源、碳化硅-氧化物复合微粉、酚醛树脂按照(92％～95％)：(1％～2％)：(3％～7％)：1％的配比混合均匀；
(2)将混匀后的原料压制成坩埚和砖型素坯；
(3)将坩埚于120℃下充分干燥后，于1200～1600℃惰性或还原气氛下热处理2～8h。
步骤3：热处理后的纳米碳源和碳化硅-氧化物复合微粉改善的超低碳镁碳材料抗渣性的测试
(1)将1kg炉渣置于纳米碳源和碳化硅-氧化物复合微粉改善的超低碳镁碳坩埚中；
(2)将坩埚置于1500～1600℃、惰性气氛下的高温炉中保温2～8h，进行侵蚀实验；
(3)坩埚随炉自然冷却置室温，将坩埚沿直径方向纵向切开，观察炉渣与坩埚内壁反应情况。
步骤4：热处理后的纳米碳源和碳化硅-氧化物复合微粉改善的超低碳镁碳材料抗热震性的测试
将砖型超低碳镁碳材料置于1200℃的高温炉中加热30min，取出后置于空气中，自然冷却30min，然后，再置于炉中，循环直至其破裂，记录热震循环次数；次数越多，表明抗热震性越好。
所述的步骤1(1)中，所述的sio2基天然矿物或废渣为叶蜡石、粘土、红柱石、硅线石、蓝晶石、锆英石、镁橄榄石和粉煤灰中的一种；
所述的步骤1(1)中，所述的纳米碳源为碳纤维、碳纳米管、超细石墨和纳米炭黑中的一种；
所述的高温炉为可通保护气体的箱式电阻炉、管式电阻炉和隧道窑中的一种；
所述的步骤1(2)中，所述的碳热还原反应过程，需要通入ar、n2保护气，其流量为1.0～3.0l·min-1；
所述的步骤1(2)中，所述的高温炉中碳热还原反应合成温度为1500～1700℃，保温时间为4～10h；
所述的步骤1(3)中，所述的高温炉为箱式电阻炉、管式电阻炉或隧道窑中的一种；
所述的步骤2(1)中，添加剂碳化硅-氧化物复合微粉为sic-al2o3、sic-zro2和sic-mgo中的一种，其添加的质量分数为3％～7％；
所述的步骤2(1)中，所述的纳米碳源的质量分数为1％～2％，电熔镁砂的质量分数为92％～95％，酚醛树脂的质量分数(外加)为1％。
所述的步骤2(2)中，所述压制坩埚和砖型素坯的压力为150～250mpa；
所述的步骤3(1)中，所述的炉渣成分(质量分数)：40％cao，40％sio2，10％na2o，4％mgo，2％fe2o3和4％al2o3；
所述的步骤4中，所述的抗热震性以热震循环次数来表示。
本发明的一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法，以纳米碳源代替传统的天然石墨，通过添加碳化硅-氧化物复合微粉，有效改善超低碳镁碳材料抗渣性和抗热震性。达到了炼钢和连铸工艺对相关耐火材料部件的质量要求。以sio2基天然矿物或废渣(叶蜡石、粘土、红柱石、硅线石、蓝晶石、锆英石、镁橄榄石和粉煤灰)和纳米碳源(碳纤维、碳纳米管、超细石墨和纳米炭黑)为主要原料，利用碳热还原法制备碳化硅-氧化物复合微粉，进而生产高性能超低碳镁碳材料，工艺简便易行，利于大批量生产。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例中，一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法的工艺流程图如图1所示。
实施例1
一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法，按以下步骤进行：
步骤1：sic-al2o3复合微粉的合成
(1)将粘土、纳米炭黑按照1000:250的质量比称量，并充分混匀；
(2)将混匀后的原料放入高温炉中，于1550℃充分进行碳热还原反应，合成sic-al2o3复合微粉。
(3)将sic-al2o3合成料于700℃空气条件下保温2h，以去除多余的碳；
步骤2：碳纤维和sic-al2o3改善的超低碳镁碳材料的制备
(1)将电熔镁砂、碳纤维、sic-al2o3复合微粉按照930:20:50的质量比称料，并充分混合；
(2)将混匀后的原料压制成坩埚和砖型素坯；
(3)将坩埚和砖型素坯于120℃下充分干燥后，于1400℃氩气气氛下热处理2h。
步骤3：热处理后的碳纤维和sic-al2o3复合微粉改善的超低碳镁碳材料抗渣性的测试
(1)将1kg炉渣置于热处理后的碳纤维和sic-al2o3复合微粉改善的超低碳镁碳坩埚中；
(2)将坩埚置于1500℃氩气气氛下保温3h，进行侵蚀实验；
(3)坩埚随炉自然冷却置室温，将坩埚沿直径方向纵向切开，观察炉渣与坩埚内壁反应情况。
步骤4：热处理后的碳纤维和sic-al2o3复合微粉改善的超低碳镁碳材料抗热震性的测试
将砖型超低碳镁碳材料置于1200℃的高温炉中加热30min后空冷30min，来回反复直至其破裂，记录热震循环次数；
经检测，所得复合微粉的主要晶相为β-sic、α-al2o3，还含有少量的方石英(sio2)，将其添加到超低碳镁碳材料中，发现所制耐火制品的抗渣性显著提高，炉渣与坩埚内壁表面光滑，仅覆有一层很薄的渣层；抗热震性有所提高，热震循环次数为10次。
实施例2
一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法，同实施例1，不同之处在于，合成sic-al2o3复合微粉的温度为1650℃。
经检测，所得的sic-al2o3复合微粉的主要晶相是β-sic、α-al2o3，微粉颗粒尺寸为1μm；炉渣与坩埚内壁表面比较光滑；抗热震性显著提高，热震循环次数为13次。
实施例3
一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法，同实施例1，不同之处在于：合成sic-al2o3复合微粉的原料是粉煤灰和纳米炭黑，其质量配比为1000:450。
经检测，所得的sic-al2o3复合微粉的主要晶相是β-sic、α-al2o3，还含有少量的fesi；微粉颗粒尺度为1～2μm；炉渣与坩埚内壁表面较为光滑；抗热震性显著提高，热震循环次数为15次。
实施例4
一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法，同实施例1，不同之处在于：
(1)碳化硅-氧化物复合微粉为sic-zro2；
(2)合成复合微粉的原料是锆英石和纳米炭黑，其质量配比为1000:200。
经检测，所得的sic-zro2复合微粉的主要晶相是β-sic、m-zro2，晶粒多以类球状存在，平均粒径约为1μm；抗热震性明显提高，炉渣与坩埚内壁表面比较光滑；抗热震性显著提高，抗热震循环次数为17次。
实施例5
一种高性能超低碳镁碳材料的制备方法，同实施例1，不同之处在于：
(1)合成sic-al2o3复合微粉的原料为叶蜡石和碳纳米管；
(2)碳热还原合成温度为1600℃；
(3)制备超低碳镁碳材料的碳源是超细石墨。
经检测，所得的sic-al2o3复合微粉的主要晶相是β-sic、α-al2o3；微粉颗粒尺度为1μm；炉渣与坩埚内壁表面较为光滑；抗热震性显著提高，热震循环次数为15次。