CN102731126A - 一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料。采用的技术方案是：由以下原料按重量份配比制成：5mm～0mm刚玉砂30～45份、5mm～0mm镁铬砂10～30份、3mm～1mm镁铝尖晶石砂15～25份、3mm～0mm镁砂7～20份、≤0.045mm铬绿1～5份、≤0.045mm二氧化锆2～8份，结合剂为磷酸二氢铝液体，加入量为刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂、镁砂、铬绿及二氧化锆总重量的3～15％；采用液压机成型、高温隧道窑烧成复合尖晶石锆耐火材料。本发明的复合尖晶石锆耐火材料Cr2O3含量低于10%，不仅保护了环境，而且具有更好的抗熔渣侵蚀、抗高温熔体冲刷、抗金属熔体渗透及热震稳定性能。

Description

一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体的涉及一种用于有色重金属冶炼的复合尖晶石锆耐火材料。
背景技术
有色重金属（主要指铜、铅、锌、锡等）冶炼用耐火材料的损毁机理主要是铁橄榄石熔渣的侵蚀、高温熔体的冲刷及由于金属熔体渗透而造成的结构剥落，因此，要求耐火材料具有良好的抗熔渣侵蚀、抗高温熔体冲刷及抗金属熔体渗透性能，同时还应具有足够的热震稳定性。
有色重金属冶炼用耐火材料已由最初的镁砖、镁铝砖发展到如今的镁铬砖，镁铬砖具有较好的抗熔渣侵蚀性能，但其抵抗高温熔体冲刷和金属熔体渗透性能较差，同时存在严重的铬污染问题，随着环保要求的日益严格，耐火材料无铬化是一种必然趋势。在炼钢工艺中耐火材料无铬化已经取得较大进度，但在有色重金属冶炼中由于熔渣比较稀，SiO2含量高，耐火材料的蚀损非常严重，到目前为止Cr2O3含量在18-24%之间的镁铬砖仍是有色重金属冶炼中最常用的耐火材料。  
有色重金属冶炼用耐火材料还有铬铝质和铝铬锆质耐火材料，是以刚玉和铬矿为主要原料，其原理是形成Al2O3-Cr2O3共溶体，虽然具有良好的抵抗高温熔体冲刷性能，但其抵抗有色重金属冶炼熔渣侵蚀的性能较差，且采用倒烟窑烧结，生产周期长、热效率低、污染环境。
曾有人尝试把在炼钢行业使用非常好的镁碳砖应用于有色重金属冶炼行业，但不能成功，原因在于有色冶炼的氧分压远远高于炼钢，炼铜转炉的氧分压Po2=2.3×10-7kPa，炼钢转炉的氧分压Po2=5.6×10-15kPa，表明炼铜转炉内氧压比炼钢转炉内氧压大7~8个数量级，因此，镁碳砖不可能应用于有色重金属冶炼行业。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种铬含量低、具有良好的抗熔渣侵蚀、抗高温熔体冲刷及抗金属熔体渗透性能的复合尖晶石锆耐火材料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料，由以下原料按重量份配比制成：
5mm～0mm刚玉砂      30～45份、5mm～0mm镁铬砂10～30份、
3mm～1mm镁铝尖晶石砂15～25份、3mm～0mm镁砂   7～20份、
≤0.045mm铬绿            1～5份，≤0.045mm二氧化锆 2～8份；
结合剂为磷酸二氢铝液体，其加入量为上述物质总重量的3～15％。
上述一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料的制造方法如下：
1) 按照上述重量份配比取原料，用混砂机进行混料；
2) 混好的料在液压机上成型砖坯；
3) 将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为90～130℃，干燥时间24-30h；
4) 将干燥好的砖坯送入隧道窑中，在1700～1820℃下烧成，烧成时间为100～150min。
   本发明的有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料的性能参数如表1所示： 
表1 本发明复合尖晶石锆耐火材料的性能参数
项目 性能指标
w（MgO）           % 10~30
w（Al2O3）          % 60~70
w（Cr2O3）          % ≤10
w（ZrO2）          % 2~8
体积密度   g/cm3 3.40~3.60
常温耐压强度   MPa 110~170
高温抗折强度  1400℃·MPa 20~35
透气度  μm2 0.59~0.64
线膨胀系数 %    600℃ 0.40~0.45
线膨胀系数 %    800℃ 0.55~0.65
 线膨胀系数 %    1000℃ 0.68~0.85
 线膨胀系数 %    1200℃ 0.90~1.05
本发明的有益效果
1、不加铬矿，只在基质部分引入少量铬绿来改变晶相，达到了良好的抗熔渣侵蚀性能，制品中Cr2O3含量降低到10%以下，远低于高级镁铬砖，减少了对环境的污染；
2、在基质部分引入适量的二氧化锆，改变了晶相，提高了复合尖晶石锆耐火材料的常温耐压强度和高温抗折强度，降低了透气度和线膨胀率，使制品具有更好的抗熔渣侵蚀、抗高温熔体冲刷、抗金属熔体渗透及热震稳定性；
3、采用液压机成型、高温隧道窑烧成，具有生产周期短、效率高的特点；
总之，本发明的复合尖晶石锆耐火材料以刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂为主要组分，基质部分引入少量铬绿和二氧化锆来改变晶相，提高了制品的抵抗铁橄榄石熔渣侵蚀性能、常温耐压强度和高温抗折强度，减小了透气度和线膨胀率。
具体实施方式
实施例1 一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料
（一）原材料重量配比如下：
5mm～0mm刚玉砂      32份、    5mm～0mm镁铬砂   27份、
3mm～1mm镁铝尖晶石砂18份、   3mm～0mm镁砂    20份、
≤0.045mm铬绿           1份、    ≤0.045mm二氧化锆   2份；
结合剂为磷酸二氢铝液体，其加入量为上述原材料总重量的3％；
（二）上述复合尖晶石锆耐火材料的制造方法：
a)按上述的原材料重量份配比取料；
b)先将不同粒度的刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂加入混砂机中，混合均匀，再加入磷酸二氢铝液体混合，最后加入镁砂、铬绿及二氧化锆；
c)混好的料在液压机上成型砖坯；
d)将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为90℃，干燥时间24小时；
e)将干燥好的砖坯送入隧道窑中，在1700℃下烧成，烧成时间为100分钟。
产品结果如表2。
实施例2 一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料
（一）原材料按重量配比如下：
5mm～0mm刚玉砂      36份、  5mm～0mm镁铬砂  23份、
3mm～1mm镁铝尖晶石砂20份、  3mm～0mm镁砂  15份、
≤0.045mm铬绿           2份、  ≤0.045mm二氧化锆  4份；
结合剂为磷酸二氢铝液体，其加入量为上述原材料总重量的8％；
（二）上述复合尖晶石锆耐火材料的制造方法：
a)按上述的原材料重量份配比取料；
b)先将不同粒度的刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂加入混砂机中，混合均匀，再加入磷酸二氢铝液体混合，最后加入镁砂、铬绿及二氧化锆；
c)混好的料在液压机上成型砖坯；
d)将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为100℃，干燥时间26小时；
e)将干燥好的砖坯送入隧道窑中，在1740℃下烧成，烧成时间为110分钟。
产品结果如表2。
实施例3 一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料
（一）原材料按重量配比如下：
5mm～0mm刚玉砂     42份、5mm～0mm镁铬砂 16份、
3mm～1mm镁铝尖晶石砂22份、3mm～0mm镁砂    10份、
≤0.045mm铬绿           4份、≤0.045mm二氧化锆  6份；
结合剂为磷酸二氢铝液体，其加入量为上述原材料总重量的12％；
（二）上述复合尖晶石锆耐火材料的制造方法：
a)按上述的原材料重量份配比取料；
b)先将不同粒度的刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂加入混砂机中，混合均匀，再加入磷酸二氢铝液体混合，最后加入镁砂、铬绿及二氧化锆；
c)混好的料在液压机上成型砖坯；
d)将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为120℃，干燥时间28小时；
e)将干燥好的砖坯送入隧道窑中，在1780℃下烧成，烧成时间为130分钟。
产品结果如表2。
实施例4 一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料
（一）原材料按重量配比如下：
5mm～0mm刚玉砂       45份、 5mm～0mm镁铬砂 11份、
3mm～1mm镁铝尖晶石砂24份、 3mm～0mm镁砂    7份、
≤0.045mm铬绿           5份、 ≤0.045mm二氧化锆 8份；
结合剂为磷酸二氢铝液体，其加入量为上述原材料总重量的15％；
（二）上述复合尖晶石锆耐火材料的制造方法：
a)按上述的原材料重量份配比取料；
b)先将不同粒度的刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂加入混砂机中，混合均匀，再加入磷酸二氢铝液体混合，最后加入镁砂、铬绿及二氧化锆；
c)混好的料在液压机上成型砖坯；
d)将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为130℃，干燥时间30小时；
e)将干燥好的砖坯送入隧道窑中，在1820℃下烧成，烧成时间为150分钟。 
产品结果如表2。
表2 实施例1,2,3,4中复合尖晶石锆砖与Cr2O3含量24%的镁铬砖性能对比
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 Cr2O3含量24%的电熔再结合镁铬砖
w（MgO）           % 28 22 16 11 68
w（Al2O3）          % 64 66 68 69 5
w（Cr2O3）          % 3 5 7 9 24
w（ZrO2）          % 2 4 6 8 —
体积密度   g/cm3 3.41 3.45 3.51 3.56 3.30
常温耐压强度   MPa 112 128 152 168 70
高温抗折强度  1400℃·MPa 20 25 30 35 8
透气度  μm2 0.635 0.618 0.603 0.598 1.215
线膨胀系数 %    600℃ 0.40 0.41 0.43 0.45 0.61
线膨胀系数 %    800℃ 0.57 0.59 0.61 0.64 0.95
线膨胀系数 %     1000℃ 0.69 0.76 0.78 0.84 1.12
线膨胀系数 %     1200℃ 0.92 0.96 0.98 1.02 1.23
实施例5 抗渣侵蚀对比试验
将本发明的有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料与目前常用的有色重金属冶炼用高级镁铬砖和铬铝砖进行抗渣性能对比试验。方法如下：采用静态坩埚法：在Φ40×40mm上述耐火材料制备的坩埚中放置80克有色重金属冶炼熔渣，（渣样主要成分为Cu 3.75%，S 0.71 %，Fe 40.18 %，SiO2 20.97%，As 0.13%，Sb 0.12%，Pb 1.13 %，Zn 4.73%），在电炉内1550℃下烧结3h，如此循环6次后，沿坩埚孔中心剖开坩埚，测量各熔渣侵蚀参数，同时观察各坩埚试样表面的裂纹程度。抗渣试验结果见表3。
表3 抗渣试验的侵蚀对比结果
 耐火材料 渣渗透深度 mm 侵蚀变质层面积 mm2 坩埚试样裂纹程度
实施例1中复合尖晶石锆砖 15.2 990 裂纹较少
实施例2中复合尖晶石锆砖 14.8 910 无裂纹
实施例3中复合尖晶石锆砖 14.2 880 无裂纹
实施例4中复合尖晶石锆砖 13.1 820 无裂纹
Cr2O3含量24%的电熔再结合镁铬砖 15.4 995 裂纹严重
Cr2O3含量20%的电熔再结合镁铬砖 16.8 1415 裂纹较少
铬铝砖 20.5 1685 裂纹严重
由表3可以看出，本发明的复合尖晶石锆砖抵抗有色重金属冶炼熔渣侵蚀性能和热震稳定性能都好于镁铬砖和铬铝砖。

Claims (2)

1.一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料，其特征在于由以下原料按重量份配比制成：
5mm～0mm刚玉砂      30～45份、  5mm～0mm镁铬砂   10～30份、
3mm～1mm镁铝尖晶石砂15～25份、  3mm～0mm镁砂     7～20份、
≤0.045mm铬绿            1～5份、  ≤0.045mm二氧化锆   2～8份；
结合剂为磷酸二氢铝液体，其加入量为刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂、镁砂、铬绿及二氧化锆总重量的3～15％。
2.权利要求1所述的一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料的制备方法，其特征在于方法如下：
1) 按权利要求1所述的重量份配比取原料，用混砂机进行混料；
2) 混好的料在液压机上成型砖坯；
3) 将成型后砖坯送入干燥窑内进行干燥，干燥窑热风温度为90～130℃，干燥时间为24-30h；
4) 将干燥好的砖坯送入隧道窑中，在1700～1820℃下烧成，烧成时间为100～150min。
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