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廢鎂鉻磚在鎂質(zhì)涂抹料中的再生利用研究

文檔作者：丁忠山牛金強(qiáng) 何國(guó)柱王德軍張松林文檔來(lái)源：馬鋼股份耐火材料公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月15日
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第39卷第2期
2011年4月
現(xiàn)代冶金
Modern Metallurgy
Vo1．39 No．2
Apr．201l
廢鎂鉻磚在鎂質(zhì)涂抹料中的再生利用研究
丁忠山，牛金強(qiáng)，何國(guó)柱，王德軍，張松林
(馬鋼股份耐火材料公司，安徽馬鞍山 243003)
摘要：研究了再生廢鋏鉻料對(duì)鎂質(zhì)涂抹料性能的影響，通過(guò)在相同的結(jié)合劑、外加劑作用下，在鎂質(zhì)涂抹料中加入
不同顆粒、不同含量的再生廢鎂鉻磚料，對(duì)其烘后和燒后的一些物理性能進(jìn)行測(cè)試比較得出結(jié)論：在鎂質(zhì)涂抹料中
加入適量的再生廢鎂鉻磚料，仍能滿足連鑄中間包使用質(zhì)量要求。這不僅有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)，而且對(duì)節(jié)約耐火礦物資
源，保護(hù)環(huán)境，減少C0 排放等具有非常積極的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞t廢鎂鉻磚；中間包；鎂質(zhì)涂抹料；循環(huán)經(jīng)濟(jì)
中圖分類號(hào)：X758
1 研究的意義和目的
中間包用鎂質(zhì)涂抹料具有穩(wěn)定操作，壽命長(zhǎng)，潔
凈鋼水，抗渣性、抗剝落性強(qiáng)等優(yōu)良性能，其主要原
料是燒結(jié)鎂砂、電熔鎂砂等。近年來(lái)，隨著國(guó)家宏觀
調(diào)控政策的實(shí)施，對(duì)諸如鎂砂等高耗能、高污染礦山
企業(yè)監(jiān)管力度不斷加大，導(dǎo)致鎂砂市場(chǎng)價(jià)格節(jié)節(jié)攀
升，以燒結(jié)鎂砂為例約為1 400元／t，這給鎂質(zhì)涂抹
料生產(chǎn)帶來(lái)很大的成本壓力。再生廢鎂鉻磚料是鋼
廠RH爐使用后的一種廢棄耐火材料，經(jīng)過(guò)揀選、破
碎加工后形成的二次資源，屬于廢次耐材再回收利
用，成本僅有280元／t左右。通過(guò)分析選定廢鎂鉻磚
的化學(xué)成分，得出其與燒結(jié)鎂砂主要成分基本相同，
這就堅(jiān)定了研究用再生廢鎂鉻磚料替代部分燒結(jié)鎂
砂的信心。即：在優(yōu)先滿足鋼廠使用質(zhì)量的前提下，
只要將廢舊的、經(jīng)過(guò)揀選的廢鎂鉻磚進(jìn)行破碎，加工
成不同粒度的顆粒就可以嘗試取代部分燒結(jié)鎂砂顆
粒，這不僅有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)，而且對(duì)節(jié)約耐火礦物資
源，保護(hù)環(huán)境，減少c0 排放等具有非常積極的現(xiàn)實(shí)
意義。
2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
2．1 原料
(1)中國(guó)燒結(jié)鎂砂原料是由菱鎂礦經(jīng)過(guò)燒結(jié)制
得的，熔點(diǎn)達(dá)到2 800。C，菱鎂礦是由碳酸鎂(Mg—
CO。)組成的，經(jīng)過(guò)加工處理后稱為菱鎂石。該料在
豎窯、回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)后，方可使用。其反應(yīng)式如下：
MgCO。一MgO+ CO2十
MgO(小晶粒)一MgO(大晶粒)
燒結(jié)鎂砂是在1 6OO～1 900。C的溫度下充分燒
結(jié)的產(chǎn)物，其主晶相為方鎂石晶粒尺寸為0．02～
0．05 mm，外觀為黃色或褐色，密度為3．56～3．65
g／cm。，主要化學(xué)成分氧化鎂(MgO)含量達(dá)97 。本
課題研究所用燒結(jié)鎂砂規(guī)格有3～1 mm，1～O mm。
(2)再生廢鎂鉻磚料是鋼廠RH 爐使用后的廢
次耐火材料，經(jīng)過(guò)揀選、破碎加工后制得3～1 mm，1
～ 0 mm 顆粒料，其主要成分氧化鎂(MgO)含量約
6O％ 、氧化鉻(Cr 0。)含量約12 。本實(shí)驗(yàn)利用燒結(jié)
鎂砂和廢鎂鉻磚主要化學(xué)成分基本相同，通過(guò)試驗(yàn)
嘗試用不同規(guī)格顆粒、不同比例的廢鎂鉻磚料部分
替代相應(yīng)燒結(jié)鎂砂顆粒，確保在不影響鋼廠使用質(zhì)
量的前提下，找出廢鎂鉻磚加人的最佳規(guī)格、最佳比
例，從而達(dá)到降本及環(huán)保的目的。
(3)本實(shí)驗(yàn)選用CA一70水泥和硅微粉作為結(jié)合
劑。CA一7O水泥主要礦物相為CaO(A1。O。) (簡(jiǎn)稱為
CA )，其特點(diǎn)是水化速度慢、后期強(qiáng)度大和耐火度
高。選用CA一70水泥作為結(jié)合劑配制鎂質(zhì)涂抹料，
在較高溫度下養(yǎng)護(hù)，可達(dá)到快硬高強(qiáng)的效果，這與鋼
廠實(shí)際涂抹料施工后烘烤養(yǎng)護(hù)環(huán)境基本一致。因此，
可快速提高中間包烘烤效果，減少中間包周轉(zhuǎn)時(shí)間，
提升鋼廠生產(chǎn)效率。另外，由于CA一70水泥中CA 含
量較多，水化后形成的鋁凝膠也多，燒后及使用時(shí)產(chǎn)
生較多的活性氧化鋁并生成新礦物鋁鎂尖晶石，有
收稿日期：2010—11-02
作者簡(jiǎn)介：丁忠山(1956一)，男，工程師。E—mail：979972453@qq．tom
10 現(xiàn)代冶金 第39卷
利于提高鎂質(zhì)涂抹料的使用性能。反應(yīng)式如下
M gO + AI2O3一M gO ·A12O3
硅微粉粒徑很小，屬于超細(xì)粉原料，活性較大。添
加硅微粉(siO：)的作用是，有利于提高泥料流動(dòng)性，改
善施工性能，增強(qiáng)填充性，促使襯體體積密度提高、顯
氣孑L率降低。且燒后及使用時(shí)與氧化鋁(A1：O。)反應(yīng)生
產(chǎn)莫來(lái)石，有利于提高強(qiáng)度，反應(yīng)式如下
Sio2+ Al2O3— — SiO2·A12O3
(4)本實(shí)驗(yàn)選用外加劑可增強(qiáng)涂抹料泥料流動(dòng)
性，提高施工性能；選用燒結(jié)劑目的是促進(jìn)涂抹料燒
結(jié)的作用，有利于減少烘包時(shí)間。
(5)由于涂抹料在烘烤和使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一
定的線變化，容易發(fā)生局部的爆炸，在中間包內(nèi)會(huì)產(chǎn)
生裂紋，故選擇添加防暴劑防止此類現(xiàn)象產(chǎn)生而影
響中間包的使用壽命。
2．2 實(shí)驗(yàn)配比設(shè)計(jì)
鎂質(zhì)涂抹料加入再生廢鎂鉻磚料實(shí)驗(yàn)配比如表1。
表1 實(shí)驗(yàn)配比／
編號(hào) 燒薯籬砂 鎂砂粉料 翳鉻m磚m 鉻m磚m 結(jié)合劑 防爆劑 水
5
10
l5
20
5
10
15
2O
O．05
O．O5
0．05
0．05
0．05
0．05
0．05
0．05
0．05
2．3 實(shí)驗(yàn)試樣的制備
實(shí)驗(yàn)試樣是按如圖1工藝過(guò)程進(jìn)行制備的。
圖1 試樣制備工藝示意流程圖
2．3．1 配料
用小型電子臺(tái)秤按實(shí)驗(yàn)配比精確稱量出燒結(jié)鎂
砂骨料、鎂砂粉料、廢鎂鉻磚顆粒料，用托盤(pán)天平稱
量出結(jié)合劑、燒結(jié)劑和防爆劑。
2．3．2 混碾加水
將稱量配制好的各物料加入到小型水泥膠砂攪
拌機(jī)(NRJ一411)內(nèi)，干混3～5 min，待物料充分均勻
后，邊緩慢計(jì)量加水邊攪拌，待泥料充分均勻后停機(jī)
成型。
2．3．3 振動(dòng)成型
將攪拌均勻的泥料緩慢填人放在振動(dòng)臺(tái)(Gz一
85)上的40 mm×40 mm×160 mm 三聯(lián)模具內(nèi)，邊
加泥料邊振動(dòng)，直到模具填滿泥料后振動(dòng)修整樣塊
表面，移至室內(nèi)干燥通風(fēng)處養(yǎng)護(hù)，同時(shí)對(duì)每個(gè)樣塊進(jìn)
行編號(hào)。24 h后脫模。
2．3．4 烘烤
脫模后涂抹料樣塊放人烘箱按l1o。c×24 h進(jìn)
行熱處理。
2．3．5 燒成
把要燒成的樣塊放入高溫電爐中燒成。根據(jù)結(jié)
合劑的作用溫度、實(shí)際使用的工作溫度及中間包抗
渣侵蝕作用發(fā)生的溫度范圍，燒成溫度確定在1 500
。Cx 3 h下進(jìn)行。
3 實(shí)驗(yàn)試樣性能的檢測(cè)
本實(shí)驗(yàn)主要對(duì)試樣烘后和燒后的一些物理性能
(包括llO。C×24 h熱處理后抗折、耐壓、體積密度；
1 500。C×3 h熱處理后抗折、耐壓、及線變化率)進(jìn)
行測(cè)試，重?zé)€變化測(cè)量用千分尺，抗折強(qiáng)度在
TYE一20抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試，耐壓強(qiáng)度在TYE一
1000B壓力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試，對(duì)測(cè)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行演算
處理后整理如表2(該表中數(shù)據(jù)均取的是平均值)。
鋁 ∞ 鼴 弘 船 鼴 詣
第2期 丁忠山，等：廢鎂鉻磚在鎂質(zhì)涂抹料中的再生利用研究
表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
編號(hào) 110。C×24 h
耐壓強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度 體積密度
／MPa ／MPa ／(g·cm一。)
1 500。CX 3 h
耐壓強(qiáng)度 抗折強(qiáng)度 線變化率
／MPa ／MPa ／
1O．5
5．8
5．2
4．3
3．5
10．4
lO．2
4．8
4．1
2．1
1．92
1．91
1．87
1．85
2．13
2．15
2．18
2．25
l8．6
1O．8
9．9
7．3
6．4
18．5
15．7
1O．1
8．6
— 1．9
— 1．95
— 2．1
— 2．4
— 2．4
— 1．8
— 1．88
— 2．1
— 2．2
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
從圖2可以看出，加入廢鎂鉻磚的涂抹料強(qiáng)度始
終要比不加廢鎂鉻磚的強(qiáng)度要低，且隨著廢鎂鉻磚3
～ 1 mm及1～O mm加入量的增多，涂抹料在110。C
時(shí)的烘后強(qiáng)度有明顯的下降趨勢(shì)，但加入廢鎂鉻磚3
～ 1 mm的曲線下降的更厲害，強(qiáng)度明顯比同比例加
入的1～0 mm廢鎂鉻磚要低；這可能的原因是廢鎂
鉻磚顆粒表面細(xì)粉和假顆粒影響結(jié)合劑養(yǎng)護(hù)時(shí)產(chǎn)生
的強(qiáng)度，又因?yàn)閺U鎂鉻磚3～1 mm 顆粒料在加工過(guò)
程中會(huì)產(chǎn)生一定的假顆粒，而1～0 mm 顆粒中很少
甚至沒(méi)有假顆粒，這些假顆粒對(duì)涂抹料強(qiáng)度不僅產(chǎn)生
不了增強(qiáng)作用，相反可能會(huì)影響強(qiáng)度。所以，加入廢鎂
鉻磚1～O mm的涂抹料烘后強(qiáng)度會(huì)高點(diǎn)。
12
垂 ：
6
冀4
o
O 5 1O l5 2O
實(shí)驗(yàn)加入廢鎂鉻磚百分含量
+ 3-1 nlnl耐壓強(qiáng)壓 MPa)： 卜1 mm耐壓強(qiáng)度MPa)
圖2 ll0。C×24 h時(shí)廢鎂鉻磚料加人量對(duì)涂抹料強(qiáng)度影響
從圖3中可以看出，加入廢鎂鉻磚的涂抹料燒
后強(qiáng)度始終要比不加廢鎂鉻磚的強(qiáng)度要低，且隨著
廢鎂鉻磚3～1 mill及1～O mm 料加入量的增多(具
體在加入10 量之后)，涂抹料的燒后強(qiáng)度有明顯的
下降趨勢(shì)(iN者都比110。C的烘后耐壓強(qiáng)度下降得
平緩)，但加入廢鎂鉻磚3～1 mm的曲線下降的稍
大，明顯比同比例加入的1～0 mm 廢鎂鉻磚要低，
這可能的原因是廢鎂鉻磚顆粒表面細(xì)粉和假顆粒阻
礙了燒結(jié)劑的燒結(jié)，影響強(qiáng)度，又因?yàn)閺U鎂鉻磚3～1
mm顆粒在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的假顆粒，而1～
0 mm 顆粒中很少甚至沒(méi)有假顆粒，所以，加入廢鎂
鉻磚1～O mm 的涂抹料強(qiáng)度會(huì)高點(diǎn)。
另外，從圖3還可以看出，無(wú)論是涂抹料中加入
廢鎂鉻磚3～1 mm還是1～O mm顆粒料，兩者對(duì)涂
抹料強(qiáng)度的下降趨勢(shì)影響都比較平緩(相對(duì)兩者在
110。C烘后強(qiáng)度而言)，這可能的原因是高溫下廢鎂
鉻磚中的鉻與鎂砂產(chǎn)生發(fā)應(yīng)，生成了了新礦物鎂鉻
尖晶石(MgO．Cr。0。)，而這種新礦物MgO．Cr 0。又
起到了增強(qiáng)的作用。反應(yīng)式如下
M gO+ Cr203 M go．Cr203
20
餐 s
瞿4。
1 2 3 4 5
實(shí)驗(yàn)加入廢鎂鉻磚的百分含量
+ 3~1 ibm耐壓強(qiáng)度(MPa)： --c卜1加ITlnl耐壓強(qiáng)度(MPa)
圖3 1 500。C×3 h時(shí)廢鎂鉻磚料加入量對(duì)涂抹料強(qiáng)度影響
5 結(jié)束語(yǔ)
綜合以上分析：在涂抹料中加入5 ～1O 的再
生廢鎂鉻磚1～0 mm 顆粒是可行的，其耐壓強(qiáng)度、
抗折強(qiáng)度及重?zé)€變化率等一系列成品理化指標(biāo)仍
能達(dá)到使用質(zhì)量要求。這不僅有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)，而且
對(duì)節(jié)約耐火材料礦物資源，保護(hù)環(huán)境，減少COz排放
等具有非常積極的現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)：
[1] 韓行祿．不定形耐火材料[M]．第2版，北京：冶金工業(yè)
出版社．
[2] 姚金甫，崔偉平，洪建國(guó)，等．鋼鐵企業(yè)用后耐火材料的
再生利用EJ]．耐火材料，2OlO，(3)：235—237．
[3] 隋軍．鎂質(zhì)中間包涂抹料的研制[J]．河北冶金，2003，
(2)：33— 35．
4 4 2 2 6 5 2 4 7
4 3 3 3 2 4 4 3 2
6 7 5 2 9 4 2 3 7
3 2 2 2 1 3 3 2 1

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