CN103183515A - 一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖及其制备方法，生产性能优异并且成本低的橄榄石砖。合成橄榄石砖的组分为：合成橄榄石、硅微粉、轻烧氧化镁粉以及复合结合剂。合成橄榄石砖的制备方法包括：将合成橄榄石进行机械破碎、筛分，制成颗粒和细粉；按化学组分的配比进行称量配料；配制好的物料加入到湿碾机中，先干混然后加入复合结合剂混碾；用摩擦压砖机或液压机将泥料压制成坯体；将压制好的坯体送入隧道式干燥窑内干燥后放入高温隧道窑内烧成。本发明提供的合成橄榄石砖能够在较高温度下安全使用，有效提高转炉、竖窑永久衬的寿命，降低了散热量。合成橄榄石采用工业废料生产，价格低廉，提高了资源的综合利用率，保护了环境。

Description

一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火材料工业领域，特别是一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖及其制备方法

背景技术

随着炼钢工艺的不断发展和溅渣护炉技术的应用，转炉的寿命得到了很大程度的提高，最高使用寿命已经达到了上万次。转炉永久衬用砖自从氧气顶吹转炉炼钢发展以来一直是烧镁砖，几乎没有改变。迄今为止，转炉炉衬工作层已经历了几个阶段不同材质的演变与更新换代，使转炉永久层的工作条件日趋苛刻，特别是在转炉工作层采用导热性高的镁碳砖以后，原永久层用砖因不具有隔热保温性能，而完全不能适应转炉炼钢生产的需要，以致使炉壳在冶炼过程中因热负荷过大而被烧红，继而使之变形、开裂，以致造成炉壳及其附属结构的过早报废。近年来，随着炉衬工作层镁碳砖使用比例的提高，这种现象日益突出，从而极大地制约了转炉炉龄的提高，并导致炉壳更换周期愈益缩短。同时每更换一次炉壳除耗费数百万元资金外，还需耗费一个月的工期影响了转炉的钢产量。

镁砂竖窑烧成带的永久层温度高、应力大，目前均使用烧成镁砖，由于镁砖导热系数大，隔热效果不明显，浪费大量能源。因此，在保障转炉、镁砂竖窑永久衬强度的基础上降低永久衬的导热率，增加保温性能，为进一步延长转炉和镁砂竖窑使用寿命，提高产量创造条件,已成为耐火材料科技工作者亟待解决的问题。

目前市场上出售的橄榄石砖和已有报道关于橄榄石耐火材料方面的技术，都是在天然镁铁橄榄石基础上生产和研究的。天然镁铁橄榄石主要化学组成为：MgO(43～46%)、SiO₂(38～42%)、Fe₂O₃（8～10%），化学式为(Mg，Fe)₂(SiO₄)，是镁橄榄石Mg₂(SiO₄)和铁橄榄石Fe₂(SiO₄)固溶体系列的总称，晶体属斜方(正交)晶系的岛状硅酸盐矿物。主要矿相为镁橄榄石和铁橄榄石，由于铁橄榄石的熔点为1205℃，所以天然橄榄石的高温性能较差，另外由于氧化铁属于变价化合物，在使用过程中会引起制品开裂。

发明内容

本发明提供了一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖及其制备方法，生产导热系数低、强度大、高温性能优异并且成本低的合成橄榄石砖。

一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖，其特征在于其化学组分按重量百分比组成如下：

所述的合成橄榄石MgO/SiO₂质量比在橄榄石理论组成范围内，经配料、混料、成型、烘干后在高温隧道窑或高温竖窑中，经1600～1650℃煅烧5～10小时而成。合成橄榄石的重量百分比组成为：MgO58～63%，SiO₂30～35%，Fe₂O₃≤1.5%；颗粒体积密度≥3.00g/cm³。

所述的轻烧氧化镁粉重量百分比MgO≤90%；粒度≤0.044mm。

所述的硅微粉是金属硅生产中的副产品，重量百分比SiO₂≥95%。

所述的复合结合剂由重量百分比30%的硅溶胶和重量百分比70%的卤水配制而成。

一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a.合成橄榄石检验合格后，进破碎机进行机械破碎，破碎后经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm的颗粒，其中粒度≤0.088mm的≤10%，剩余粒度的合成橄榄石由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；

b.按上述化学组分的配比进行称量配料，配制好的物料加入到湿碾机中，先干混1～3min，然后加入复合结合剂，混碾3～5min；

c.混碾结束以后，用630～1200t摩擦压砖机或液压机将泥料压制成坯体；

d.将压制好的坯体送入隧道式干燥窑内干燥，干燥温度为90～130℃；

e.干燥后的坯体放入高温隧道窑内烧成，烧成温度为1580～1620℃，在烧成温度下保温5～10小时。

本发明与现有同类产品和技术相比，其显著的有益效果体现在：

1.合成橄榄石和天然橄榄石相比纯度高，杂质含量低，尤其是Fe₂O₃的含量较低，避免了在高温下生成低熔点物相铁橄榄石（化学式为Fe₂SiO₄,熔点为1205℃），从而使橄榄石砖能在较高温度下安全使用；

2.合成橄榄石砖的导热系数是镁砖的1/3～1/4，用合成橄榄石砖代替烧镁砖砌筑转炉、竖窑永久衬能降低衬的热量散失，节约能源，提高转炉、竖窑永久衬的寿命；

3.采用的合成橄榄石所用的主要原料是浮选菱镁矿后的废弃物，或菱镁矿破碎后小于20mm的碎料和高品位滑石选出后的废弃物，所以原料价格低廉，同时提高了资源的综合利用率，保护了环境；

4.在基质中引入少量的硅微粉和轻烧氧化镁，在砖烧成过程中生成二次橄榄石，增加了原位结合能力，提高了砖的强度；

5.选用硅溶胶和卤水作为复合结合剂，一方面能使砖坯在烧成之前具有较高的强度，另一方面由于硅溶胶中的SiO₂是纳米级的微粒，卤水中的MgCl₂高温下发生分解氧化反应生成纳米级的MgO。纳米级的SiO₂和纳米级的MgO具有很高的活性，在较低温度下就很容易生成橄榄石，从而使砖具有很宽的烧成温度范围。

具体实施方式

下面用实施例对本发明作更详细说明。

实施例1

一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖化学组分见表1中实施例1。

其中合成橄榄石重量百分比组分：MgO58～63%，SiO₂30～35%，Fe₂O₃≤1.5%，颗粒体积密度≥3.00g/cm³；

轻烧氧化镁粉重量百分比组分：MgO≤90%，粒度≤0.044mm；

硅微粉是金属硅生产中的副产品，重量百分比组分：SiO₂≥95%；

复合结合剂为由重量百分比30%的硅溶胶和70%的卤水配制而成。

一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖的制备方法如下：

1.合成橄榄石检验合格后，经破碎机进行机械破碎，由3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm的颗粒；剩余粒度的橄榄石由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；

2.按表1实施例1的化学组分配比进行称量配料，将配制好的物料加入湿碾机中，先干混1～2min；再加入物料总重量6.0%的复合结合剂，混碾3～4min；

3.混碾结束以后，用630t摩擦压砖机将泥料按设计形状压成坯体；

4.将压制好的坯体送入隧道式干燥窑内干燥，干燥温度为90～110℃；

5.干燥后的坯体在高温隧道窑内烧成，烧成温度为1580～1590℃，在烧成温度下保温5小时。

成品理化性能检测结果见表2实施例1。

实施例2

一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖化学组分见表1中实施例2。

其中合成橄榄石重量百分比组分：MgO58～63%，SiO₂30～35%，Fe₂O₃≤1.5%，颗粒体积密度≥3.00g/cm³；

轻烧氧化镁粉重量百分比组分：MgO≤90%，粒度≤0.044mm；

硅微粉是金属硅生产中的副产品，重量百分比组分：SiO₂≥95%；

复合结合剂为由重量百分比30%的硅溶胶和70%的卤水配制而成。

一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖的制备方法如下：

1.合成橄榄石检验合格后，经破碎机进行机械破碎，由3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm的颗粒；剩余0.044～1mm粒度的橄榄石由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；

2.按表1实施例2的化学组分配比进行称量配料，将配制好的物料加入湿碾机中，先干混3min；再加入物料总重量4.0%的复合结合剂，混碾5min；

3.混碾结束以后，用630t摩擦压砖机将泥料按设计形状压成坯体；

4.将压制好的坯体送入隧道式干燥窑内干燥，干燥温度为120～130℃；

5.干燥后的坯体在高温隧道窑内烧成，烧成温度为1600～1610℃，在烧成温度下保温8小时。

成品理化性能检测结果见表2实施例2。

实施例3

一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖化学组分见表1中实施例3。

其中合成橄榄石重量百分比组分：MgO58～63%，SiO₂30～35%，Fe₂O₃≤1.5%，颗粒体积密度≥3.00g/cm³；

轻烧氧化镁粉重量百分比组分：MgO≤90%，粒度≤0.044mm；

硅微粉是金属硅生产中的副产品，重量百分比组分：SiO₂≥95%；

复合结合剂为由重量百分比30%的硅溶胶和70%的卤水配制而成。

一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖的制备方法如下：

1.合成橄榄石检验合格后，经破碎机进行机械破碎，由3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm的颗粒；剩余0.044～1mm粒度的橄榄石由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；

2.按表1实施例3的化学组分配比进行称量配料，将配制好的物料加入湿碾机中，先干混3min；再加入物料总重量4.0%的复合结合剂，混碾5min；

3.混碾结束以后，用630t摩擦压砖机将泥料按设计形状压成坯体；

4.将压制好的坯体送入隧道式干燥窑内干燥，干燥温度为120～130℃；

5.干燥后的坯体在高温隧道窑内烧成，烧成温度为1600～1610℃，在烧成温度下保温8小时。

成品理化性能检测结果见表2实施例3。

实施例4

一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖化学组分见表1中实施例4。

其中合成橄榄石重量百分比组分：MgO58～63%，SiO₂30～35%，Fe₂O₃≤1.5%，颗粒体积密度≥3.00g/cm³；

轻烧氧化镁粉重量百分比组分：MgO≤90%，粒度≤0.044mm；

硅微粉是金属硅生产中的副产品，重量百分比组分：SiO₂≥95%；

复合结合剂为由重量百分比30%的硅溶胶和70%的卤水配制而成。

一种转炉和镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖的制备方法如下：

1.合成橄榄石检验合格后，经破碎机进行机械破碎，由3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm的颗粒；剩余粒度的橄榄石由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；

2.按表1实施例4的化学组分配比进行称量配料，将配制好的物料加入湿碾机中，先干混2min；再加入物料总重量5.0%的复合结合剂，混碾5min；

3.混碾结束以后，用1200t液压机将泥料按设计形状压成坯体；

4.将压制好的坯体送入隧道式干燥窑内干燥，干燥温度为100～110℃；

5.干燥后的坯体在高温隧道窑内烧成，烧成温度为1610～1620℃，在烧成温度下保温9小时。

成品理化性能检测结果见表2实施例4。

表1 一种转炉和镁砂竖窑永久衬用橄榄石砖化学组分实施例

表2 成品理化性能检测指标

通过以上数据可以看出以合成橄榄石为主要原料制作的耐火砖与天然橄榄石制作的衬砖相比，Fe₂O₃的含量明显降低，而且具有较高的常温耐压强度和较高的荷重软化温度，说明合成橄榄石砖比天然橄榄石砖具更好的高温使用性能；与重烧镁砂砖相比，具有相近的强度和荷重软化温度，但是烧镁砖的导热系数远远大于合成橄榄石砖，由此可见合成橄榄石砖具有比烧镁砖更好的隔热效果。通过对比看出，采用合成橄榄石砖代替烧镁砖作为转炉、镁砂竖窑永久衬具有很好的开发和推广价值。根据合成橄榄石砖的性能，该产品还可以应用于玻璃窑蓄热室格子砖、各种回转窑保温层以及其他温度高、机械应力大、要求保温的热工设备。

Claims (3)

1.一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖，其特征在于其化学组分按重量百分比组成如下：

2.根据权利要求1所述的一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖，其特征在于其中的合成橄榄石MgO/SiO₂质量比在橄榄石理论组成范围内，经配料、混料、成型、烘干后，在高温隧道窑或高温竖窑中经1600～1650℃煅烧5～10小时而成，合成橄榄石的重量百分比组成为：MgO58～63%，SiO₂30～35%，Fe₂O₃≤1.5%；颗粒体积密度≥3.00g/cm³；所述的轻烧氧化镁粉重量百分比MgO≤90%；粒度≤0.044mm；所述的硅微粉是金属硅生产中的副产品，重量百分比SiO₂≥95%；所述的复合结合剂由重量百分比30%的硅溶胶和重量百分比70%的卤水配制而成。

3.一种转炉、镁砂竖窑永久衬用合成橄榄石砖的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a.合成橄榄石检验合格后，进破碎机进行机械破碎，破碎后经3mm和1mm筛筛分后，制成粒度为1～3mm和0.088～1mm的颗粒，其中粒度≤0.088mm的≤10%，剩余粒度的橄榄石由球磨机或其他磨粉设备，研磨成≤0.088mm的细粉；

b.按上述化学组分的配比进行称量配料，配制好的物料加入到湿碾机中，先干混1～3min，然后加入复合结合剂，混碾3～5min；

c.混碾结束以后，用630～1200t摩擦压砖机或液压机将泥料压制成坯体；

d.将压制好的坯体送入隧道式干燥窑内干燥，干燥温度为90～130℃；

e.干燥后的坯体放入高温隧道窑内烧成，烧成温度为1580～1620℃，在烧成温度下保温5～10小时。