CN103011857B - 有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖。以重量百分比计，其包括如下制备原料：粒度≤4mm的高纯电熔镁砂40～60%，粒度≤4mm的大结晶电熔镁砂10～30%，粒度≤4mm的镁铝尖晶石10～30%，锆酸钙细粉2～8%，外加占上述原料总重2～5wt%的结合剂。本发明通过合理匹配各原料种类、粒度、晶体尺寸，经烧成程中一系列复杂的物理、化学反应，提高了制品的热震稳定性、抗侵蚀性、防渗透性，并且耐磨损，抗冲刷，具有较好的使用性能和使用寿命，可以完全取代有色金属冶金窑炉在水泥窑高温带的应用，避免了用后镁铬砖对环境造成的污染，符合环保要求，是新一代的环保、绿色耐火材料，具有很好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体涉及一种有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖。
背景技术
镁铬系耐火材料具有良好的抗侵蚀性、抗热震性、强度高等优点，至今仍广泛用于有色冶炼。如有色金属冶炼炉，包括引进设备中的闪速炉（从炉底沉淀池至炉顶）、诺兰达炉、艾萨炉等，内衬的砌筑都较大比例使用镁铬质材料。但镁铬材料抗热震性较差，使用后Cr6+离子的污染会造成严重铬污染，危害环境。且我国铬铁矿资源贫乏。因此，加速开发、研制及应用碱性无铬耐火产品刻不容缓。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有色金属冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其具有良好的热震稳定性、抗侵蚀性以及防渗透性，可以取代有色冶金窑炉上广泛使用的镁铬质耐火材料，降低环境污染。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
设计一种有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，以重量百分比计，包括如下制备原料：粒度≤4mm的高纯电熔镁砂40～60%，粒度≤4mm的大结晶电熔镁砂10～30%，粒度≤4mm的镁铝尖晶石10～30%，锆酸钙细粉2～8%，外加占上述原料总重2～5wt%的结合剂。
所述电熔镁砂以轻烧镁粉或烧结镁砂为原料，在高温电弧炉内经2750℃以上的高温熔融而成。其强度、抗侵蚀性及化学惰性均优于烧结镁砂。结晶尺寸200～400μm。由于使用时熔渣是从方镁石的晶界开始侵蚀的，因此电熔镁砂中粗大的方镁石晶粒比烧结镁砂中的方镁石微晶更耐侵蚀；同时，由于方镁石直接结合程度高，电熔镁砂能更充分地发挥出方镁石的良好性能，于氧化气氛中在2300℃以下保持稳定。这些优良的特性，使得本发明制品的高温力学性能、抗渣性更好，并使得制品在常温下的抗水化性能更加优越。
而所述大结晶电熔镁砂MgO含量大于98%，其结晶尺寸大于1mm。不仅具有良好的抗侵蚀性能，还具有特殊的光学性质。由于增大镁砂中方镁石的结晶尺寸，又可以减少氧化镁与碳及炉渣的反应活性，因而大结晶电熔镁砂的加入更有利于提高制品的抗渣蚀性，延长炉衬的使用寿命。
所述镁铝尖晶石具有熔点高、耐侵蚀、抗热冲击好的优点，是耐火材料行业理想的原料。而在本发明中，由于镁砂的存在而形成富镁尖晶石，使得渣和制品的界面上生成的MgO（Al、Fe）2O3复合尖晶石增多。这种复合尖晶石抑制渣的直接侵蚀，提高了制品的抗渣侵蚀性，
所述的锆酸钙细粉可从市场上购买，也可以通过以下方法制备：
所述锆酸钙细粉通过以下方法制得：取工业纯CaCO3、脱硅锆粉料按40～65：50～70的重量比混合均匀，经过干法成型后入高温隧道窑1500～1600℃下煅烧6h，所得煅烧原料再以球磨机粉磨试样至粒度≤0.074mm，重压成型后再入高温隧道窑于1650～1800℃下重烧6h，烧成的试样再粉磨至粒度≤0.074mm备用。
富镁尖晶石锆耐火材料中加入高熔点的锆酸钙细粉可以堵塞制品中部分气孔通道，阻止冶金渣中CaO对尖晶石的分解作用，以及CaO、SiO2等对主晶相方镁石的侵蚀。同时，锆酸钙细粉可以提高制品的体积密度，进而提高制品的抗侵蚀性。
所述结合剂为复合结合剂，其成分为亚硫酸纸浆废液、卤水、甲基纤维素溶液中的一种或几种，其比重为1.0～1.6g/cm3。
上述原料采用非常规颗粒级配，缩小颗粒级差，加大细粉和超细粉比例进行配料；既遵循一定的颗粒紧密堆积原理，又缩小粒径差，减弱大颗粒造成的应力集中对制品合理结构的破坏，进而提高了制品的常温力学性能。
所述富镁尖晶石锆砖经过配料、混练、困料后成型干燥，干燥温度120～150℃，干燥时间≥12h。后送入以天然气为燃料的110m长超高温隧道窑煅烧6h，烧成温度1650～1800℃。
本发明具有积极有益的效果：
通过对有色工业用窑炉工作环境、内衬使用情况的研究并结合富镁尖晶石砖的特性，在制备原料中添加适量锆酸钙细粉并合理级配各原料的粒度、晶体尺寸，在烧制过程中各原料间发生了一系列复杂的物理、化学反应，提高了制品的热震稳定性、抗侵蚀性、防渗透性，并且耐磨损，抗冲刷，所得富镁尖晶石锆砖的化学组成为：MgO 70～95% 、Al2O3 5～15%、ZrO2 1～8%、CaO 1～8%、SiO2 1～2%。具体性能如表1所示。
具有较好的使用性能和使用寿命，可以完全取代有色金属冶金窑炉在水泥窑高温带的应用，避免了用后镁铬砖对环境造成的污染，符合环保要求，是新一代的环保、绿色耐火材料，具有很好的经济效益和社会效益。
表1 性能指标
具体实施方式
实施例1：一种有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其制备原料如下，
高纯电熔镁砂（MgO含量大于97%），粒度4-2mm，晶体尺寸为1000～200μm，22 wt %；大结晶电熔镁砂（MgO含量大于98%），粒度4-2mm，晶体尺寸1～3mm，14 wt %；高纯电熔镁砂，粒度2-0mm，晶体尺寸为1000～200μm，16 wt %；大结晶电熔镁砂，粒度2-0mm，晶体尺寸1～3mm，6 wt%；高纯电熔镁砂，粒度＜0.088mm，晶体尺寸为1000～200μm，30wt%；镁铝尖晶石，粒度4-1mm，10wt %；锆酸钙细粉，粒度≤0.074mm，2wt %；外加亚硫酸纸浆废液结合剂2wt %，比重为1.3 g/cm3。
所述锆酸钙细粉通过以下方法制得（下同）：取工业纯CaCO3、脱硅锆粉料按50：60的重量比混合均匀，经过干法成型后入高温隧道窑1500～1600℃下煅烧6h，所得煅烧原料再以球磨机粉磨试样至粒度≤0.074mm，重压成型后再入高温隧道窑于1650～1800℃下重烧6h，烧成的试样再粉磨至粒度≤0.074mm备用。
以上配料、混练、困料后成型干燥，干燥温度120℃，干燥时间12h。而后送入以天然气为燃料的110m长超高温隧道窑煅烧6h，烧成温度1650℃。即成为富镁尖晶石锆砖。其性能指标如表2所示。
表2 性能指标
实施例2：一种有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其制备原料如下，
高纯电熔镁砂，粒度4-2mm，20wt%；大结晶电熔镁砂，粒度4-2mm，10wt %；高纯电熔镁砂，粒度2-0mm，15wt %；大结晶电熔镁砂，粒度2-0mm，8wt%；高纯电熔镁砂，粒度＜0.088mm，35wt%；镁铝尖晶石，粒度4-1mm，7wt%；锆酸钙细粉，粒度≤0.074mm，5wt%；外加亚硫酸纸浆废液、甲基纤维素复合结合剂3wt%，比重为1.3 g/cm3。
高纯电熔镁砂和大结晶电熔镁砂的晶体尺寸规格与实施例1相同，下同。
以上配料、混练、困料后成型干燥，干燥温度120℃，干燥时间16h。而后送入以天然气为燃料的110m长超高温隧道窑煅烧6h，烧成温度1680℃。即成为富镁尖晶石锆砖。其性能指标如表3所示。
表3 性能指标
实施例3：一种有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其制备原料如下，
高纯电熔镁砂，粒度4-2mm，20 wt %；大结晶电熔镁砂，粒度4-2mm，14w%t； 高纯电熔镁砂，粒度2-0mm，15 wt %；大结晶电熔镁砂，粒度2-0mm，8 wt %； 高纯电熔镁砂，粒度＜0.088mm，30wt %；镁铝尖晶石，粒度4-1mm，9 wt %；锆酸钙细粉，粒度≤0.074mm，4 wt %；外加卤水、甲基纤维素复合结合剂3 wt %，比重为1.4 g/cm3。
以上配料、混练、困料后成型干燥，干燥温度120℃，干燥时间16h。而后送入以天然气为燃料的110m长超高温隧道窑煅烧6h，烧成温度1710℃。即成为富镁尖晶石锆砖。其性能指标如表4所示。
表4 性能指标
实施例4：一种有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其制备原料如下，
高纯电熔镁砂，粒度4-2mm，24 wt %；大结晶电熔镁砂，粒度4-2mm，9 wt %；高纯电熔镁砂，粒度2-0mm，14 wt %；大结晶电熔镁砂，粒度2-0mm，8 wt %；高纯电熔镁砂，粒度＜0.088mm，28 wt %；电熔镁铝尖晶石，粒度4-1mm，10 wt %；锆酸钙细粉，粒度≤0.074mm，7wt %；外加亚硫酸纸浆废液、卤水、甲基纤维素复合结合剂4w t %，比重为1.2 g/cm3。
以上配料、混练、困料后成型干燥，干燥温度140℃，干燥时间16h。而后送入以天然气为燃料的110m长超高温隧道窑煅烧6h，烧成温度1760℃。即成为富镁尖晶石锆砖。其性能指标如表5所示。
表5 性能指标
Claims (4)
1.一种有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其特征在于，以重量百分比计，原料组成为：粒度≤4mm的高纯电熔镁砂40～60%，粒度≤4mm的大结晶电熔镁砂10～30%，粒度≤4mm的镁铝尖晶石10～30%，粒度≤0.074mm的锆酸钙细粉2～8%，外加占上述原料总重2～5wt%的结合剂；
所述电熔镁砂是以轻烧镁粉或烧结镁砂为原料，在高温电弧炉内经2750～2950℃的高温熔融而成；
所述结合剂为亚硫酸纸浆废液、卤水、甲基纤维素溶液中的至少一种，其比重为1.0～1.6g/cm3；
所述锆酸钙细粉通过以下方法制得：取CaCO3、脱硅锆粉料按40～65：50～70的重量比均匀混合，经过干法成型后入高温隧道窑1500～1600℃下煅烧6h，所得煅烧原料粉磨至粒度≤0.074mm，经重压成型后再入高温隧道窑于1650～1800℃下重烧5～8h，烧成的试样再粉磨至粒度≤0.074mm备用。
2.根据权利要求1所述有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其特征在于，所述高纯电熔镁砂中MgO含量≥97wt%，其晶体尺寸为1000μm～200μm。
3.根据权利要求1所述有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其特征在于，所述大结晶电熔镁砂中MgO含量≥98wt%，其晶体尺寸为1mm～3mm。
4.根据权利要求1所述有色冶金窑炉用富镁尖晶石锆砖，其特征在于，所述富镁尖晶石锆砖经由配料、混练、困料后成型干燥，干燥温度120～150℃，干燥时间≥12h，后送入超高温隧道窑煅烧5～8h，烧成温度1650～1800℃。
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Denomination of invention: Magnesia rich spinel zirconium brick for non ferrous metallurgical furnace Effective date of registration: 20210707 Granted publication date: 20140910 Pledgee: SHANGHAI PUDONG DEVELOPMENT BANK Co.,Ltd. ZHENGZHOU BRANCH Pledgor: HENAN RUITAI FIREPROOF MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980005844 |
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