CN103880447B - Corex炉用刚玉莫来石复合砖及其制备方法 - Google Patents

Corex炉用刚玉莫来石复合砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种COREX炉用刚玉莫来石复合砖及其制备方法。该刚玉莫来石复合砖的原料组成为刚玉莫来石均质料、白刚玉、红柱石、a-Al2O3粉和结合粘土;外加纸浆废液。首先按照配比比例配制各种粒度的原料;然后将粒度为1~3mm、粒度为<1mm的原料作为骨料进行干混,然后向加入纸浆废液混料,最后加入剩下的原料混碾,得到泥料;将所得泥料依次进行困料、压制成型、干燥,最后进行烧成,得到产品。通过本发明生产的刚玉莫来石复合砖具有很低的气孔率、很高的耐压强度、优异的抗热震性能和抗侵蚀性能,可完全满足COREX炉苛刻的使用环境,并能延长使用寿命。

Description

COREX炉用刚玉莫来石复合砖及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域,具体涉及一种COREX炉用刚玉莫来石复合砖及其制备方法。
背景技术
COREX熔融还原炼铁技术是当代世界冶金工业中最引人注目的前沿开发技术之一,并认为是最有希望取代传统高炉的炼铁生产工艺。其突出优点在于生产过程中少量或者不使用焦炭,可解决全球冶金焦煤的短缺问题;COREX炉排放的污染物含量仅为高炉工艺的1~10%,可大大降低对环境的污染,有利于环保。COREX炉代替高炉简化了生产工艺,大幅度减少各类污染物的排放,并实现了余能、余热、副产煤气和固体废弃物的综合利用,具有良好的经济效益和社会效益。COREX炉的工艺条件相对于传统高炉更为苛刻,COREX炉衬用耐火材料要求材料具有机械强度高、耐高温、耐磨损和抗侵蚀的特点,同时因为温度波动较大,要求材料具有非常优异的热震稳定性。当前对熔融还原技术的研究侧重于流程开发及工艺等问题的解决等方面,对耐火材料的研究与应用尚未给予足够的重视。
关于COREX炉方面也有公开的相关专利文献。例如:申请号为201110006146.3、名称为“一种COREX炉主沟快干浇注料及其生产工艺”的发明专利,该专利公开的COREX炉主沟快干浇注料可以在很短时间内对主沟进行热态修补并恢复出铁,保证了生产的连贯性;并且使用寿命长、补料方便、降低了工人的工作强度;为达到所述效果,该发明公开的COREX炉主沟快干浇注料由刚玉、碳化硅、碳质材料以及添加剂组成。该发明通过性质、颗粒不同的刚玉进行特定比例的配比,再加上额外的添加剂和新颖的加工工艺,确保所浇筑的新沟通铁量不修补就能超过8万吨,是以前普通低水泥浇注料寿命的一倍以上。而且特别突出快干的效果,能满足8小时作业时间即能出铁的现场要求,作为修补料效果非常出色。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:本发明针对现有的技术问题提供一种用于COREX炉用刚玉莫来石复合砖及其制备方法。本发明技术方案中将制备的性能优良的刚玉莫来石均质料应用于刚玉莫来石复合砖中,通过本发明制备方法生产的刚玉莫来石复合砖具有很低的气孔率、很高的耐压强度、优异的抗热震性能和抗侵蚀性能,可完全满足COREX炉苛刻的使用环境,并能延长使用寿命。
为了解决上述问题,本发明采用的技术方案为:
本发明提供一种COREX炉用刚玉莫来石复合砖,以重量百分含量表示,所述刚玉莫来石复合砖的原料组成为:刚玉莫来石均质料20~60%,白刚玉20~50%,红柱石5~20%,a-Al2O3粉5~10%和结合粘土3~5%;外加占上述所有原料总重量2~5%的纸浆废液。
根据上述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,所述刚玉莫来石均质料是通过以下方法制备而成:
a、以高铝矾土和工业氧化铝为原料,将高铝矾土按照Al2O3质量含量75~80%和80~85%两个级别进行拣选分级,各级别高铝矾土破碎至<1mm后,进行多级均化,然后将均化后的75~80%级别高铝矾土、80~85%级别高铝矾土和工业氧化铝粉按照质量比1:1~3:0.1~0.5混合制成Al2O3质量含量88~92%的混合料;
b、将步骤a所得混合料置于球磨机中,采用湿法研磨至物料粒度<0.044mm,然后依次经真空抽滤、挤泥成型为泥坯;将所得泥坯进行烘干,烘干温度为100~200℃,烘干时间为30~50h,烘干后所得泥坯的含水率<0.5%,然后进入隧道窑进行烧成,烧成温度为1500~1650,达到烧成温度条件下保温8~10h,烧成后自然冷却至室温得到刚玉莫来石均质料;
c、将步骤b所得刚玉莫来石均质料破碎成1~3mm和<1mm两种颗粒料,备用。
根据上述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,所述高铝矾土中Al2O3的质量百分含量为75~85%,TiO2的质量含量≤2.0%,Fe2O3的质量含量≤1.0%;所述工业氧化铝中Al2O3的质量百分含量>95%。
根据上述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,所述刚玉莫来石均质料20~60%是由1~3mm和<1mm两种粒度的刚玉莫来石均质料组成,组成时1~3mm粒度刚玉莫来石均质料和粒度<1mm刚玉莫来石均质料二者之间的质量比为1~4:1。
根据上述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,所述白刚中Al2O3的质量百分含量>99%,Fe2O3含量<0.2%,体积密度>3.5g/cm3;所述白刚玉20~50%是由粒度1~3mm的白刚玉、粒度<1mm的白刚玉和粒度<0.074mm的白刚玉组成,组成时三种粒度白刚玉之间的质量比为1~4:1:1~3。
根据上述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,所述红柱石的粒度为<1mm,所述a-Al2O3粉的粒度为<0.044mm,所述结合粘土的粒度为<0.044mm。
根据上述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,所述纸浆废液中木质素的比重为1.0~1.6 g/cm3
一种COREX炉用刚玉莫来石复合砖的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
a、备料:首先按照上述的各原料的配比比例进行配料,配制1~3mm和<1mm两种粒度的刚玉莫来石均质料,1~3mm、<1mm和<0.074mm三种粒度的白刚玉,<1mm的红柱石,粒度<0.044mm的a-Al2O3粉,粒度<0.044mm的结合粘土;
b、混料:将步骤a中配制的粒度为1~3mm刚玉莫来石均质料、粒度为<1mm刚玉莫来石均质料、粒度为1~3mm白刚玉、粒度为<1mm白刚玉和粒度为<1mm红柱石作为骨料,倒入混料机中干混3~5min,得到干混料;然后向所得干混料中加入配制的纸浆废液,加入后混料2~3min;最后加入剩下的粒度为<0.074mm白刚玉、粒度<0.044mm的a-Al2O3粉和粒度<0.044mm结合粘土,加入后进行混碾5~10min,得到泥料;
c、成型:将步骤b所得泥料困料1~2h,困料后压制成砖坯,所得砖坯控制体积密度为3.2~3.4g/cm3,压制成型过程中成型压机的吨位为630T;
d、干燥:将步骤c所得砖坯置于干燥窑中进行干燥,干燥时间为20~50h,干燥窑入口温度控制在45~90℃,干燥温度控制在110~180℃,控制干燥后砖坯中水分质量含量<0.5%时出窑;
e、烧成:将干燥后所得砖坯采用高温隧道窑或梭式窑进行烧成,烧成温度为1500~1600℃,达到烧成温度条件下保温10~20h,烧成结束后自然冷却至室温出窑。
本发明的积极有益效果:
1、本发明根据目前我国铝矾土资源存在乱采滥挖、采富弃贫现象、资源浪费和破坏严重的现象。本发明利用湿法均化、真空炼泥、高温可控刚玉/莫来石化烧结等联合工艺将难处理、中低品位、碎矿铝矾土制备出优质的刚玉莫来石均质料。并将该均质料用于本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖的配料中;本发明制备的刚玉莫来石均质料晶相具有发育良好、结构致密、体积稳定性好等特点,适宜制备低气孔、高强度、高抗热震性能的耐火制品。
2、本发明根据COREX炉特殊的工艺环境和损毁机理,以及刚玉莫来石均质料的优良特性。采用刚玉莫来石均质料与白刚玉和红柱石复配研制出新型刚玉莫来石复合砖。本发明制备的刚玉莫来石复合砖在烧成过程中该体系完全转化成莫来石与刚玉相结合,充分利用莫来石高温性能优良和刚玉抗侵蚀性能好的优点,制备出具有低气孔、高强度和高抗热震性能等优良性能、并且高性价比的刚玉莫来石复合砖。本发明技术方案中刚玉莫来石均质料的利用可缓解日益严重的环境问题,解决多年来铝矾土的不良开采对环境带来的危害,而且刚玉莫来石复合砖可代替原有含炭和含铬制品,解决了含炭制品易氧化的问题和含铬制品热震稳定性不好、易剥落的难题。
3、本发明技术方案中将制备的性能优良的刚玉莫来石均质料应用于复合砖中,通过本发明制备方法生产的刚玉莫来石复合砖具有很低的气孔率、很高的耐压强度、优异的抗热震性能和抗侵蚀性能,可完全满足COREX炉苛刻的使用环境,延长使用寿命。
4、本发明所制备的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,其化学成分为:Al2O3 88~92%,Fe2O3 ≤0.45%,K2O ≤0.30%,Na2O ≤0.20%。
①本发明制备的刚玉莫来石复合砖气孔率很低,小于16%;耐压强度大于110MPa,热震稳定性>30次,荷重软化温度>1680℃,各项指标均优于国内普通刚玉莫来石砖。
②本发明制备的刚玉莫来石复合砖可应用于COREX炉中陶瓷垫第一环,炉腹以上和人孔组合砖。经国内COREX-C3000项目中使用,刚玉莫来石复合砖使用情况良好。该产品具有机械强度高、耐高温、耐磨损、抗侵蚀特点,同时还具有非常优异的热震稳定性。
四、具体实施方式:
以下结合实施例进一步阐述本发明,但并不限制本发明的内容。
实施例1:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖,以重量百分含量表示,所述刚玉莫来石复合砖的原料组成为:刚玉莫来石均质料40%,白刚玉40%,红柱石5%,a-Al2O3粉10%和结合粘土5%;外加占上述所有原料总重量3%的纸浆废液(纸浆废液中木质素的比重为1.3 g/cm3)。
采用的原料刚玉莫来石均质料是通过以下方法制备而成:
a、以高铝矾土和工业氧化铝为原料(所述高铝矾土中Al2O3的质量百分含量为75~85%,TiO2的质量含量≤2.0%,Fe2O3的质量含量≤1.0%;所述工业氧化铝中Al2O3的质量百分含量>95%),将高铝矾土按照Al2O3质量含量75~80%和80~85%两个级别进行拣选分级,各级别高铝矾土破碎至<1mm后,进行多级均化,然后将75~80%级别高铝矾土、80~85%级别高铝矾土和工业氧化铝粉按照质量比1:2:0.4混合制成Al2O3质量含量89~92%的混合料;
b、将步骤a所得混合料置于球磨机中,采用湿法研磨至物料粒度<0.044mm,然后依次经真空抽滤、挤泥成型为泥坯;将所得泥坯进行烘干,烘干温度为160℃,烘干时间为40h,烘干后所得泥坯的含水率<0.5%,然后进入隧道窑进行烧成,烧成温度为1600℃,达到烧成温度条件下保温9h,烧成后自然冷却至室温得到刚玉莫来石均质料;
c、将步骤b所得刚玉莫来石均质料破碎成1~3mm和<1mm的颗粒料,备用。
采用的原料刚玉莫来石均质料40%是由1~3mm粒度刚玉莫来石均质料30%和粒度<1mm刚玉莫来石均质料10%组成;
所述白刚玉40%是由粒度1~3mm的白刚玉20%、粒度<1mm的白刚玉5%和粒度<0.074mm的白刚玉15%组成;所述红柱石的粒度为<1mm,所述a-Al2O3粉的粒度为<0.044mm,所述结合粘土的粒度为<0.044mm。
实施例2:与实施例1基本相同,不同之处在于:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖,以重量百分含量表示,所述刚玉莫来石复合砖的原料组成为:刚玉莫来石均质料50%,白刚玉30%,红柱石10%,a-Al2O3粉6%和结合粘土4%;外加占上述所有原料总重量5%的纸浆废液(纸浆废液中木质素的比重为1.2 g/cm3)。
原料刚玉莫来石均质料制备方法与实施例1不同之处在于:
步骤b中:将所得泥坯进行烘干,烘干温度为100℃,烘干时间为50h,烘干后所得泥坯的含水率<0.5%,然后进入隧道窑进行烧成,烧成温度为1500℃,达到烧成温度条件下保温10h。
采用的原料刚玉莫来石均质料50%是由1~3mm粒度刚玉莫来石均质料40%和粒度<1mm刚玉莫来石均质料10%组成;
所述白刚玉30%是由粒度1~3mm的白刚玉10%、粒度<1mm的白刚玉5%和粒度<0.074mm的白刚玉15%组成。
实施例3:与实施例1基本相同,不同之处在于:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖,以重量百分含量表示,所述刚玉莫来石复合砖的原料组成为:刚玉莫来石均质料60%,白刚玉20%,红柱石8%,a-Al2O3粉9%和结合粘土3%;外加占上述所有原料总重量3%的纸浆废液(纸浆废液中木质素的比重为1.3 g/cm3)。
原料刚玉莫来石均质料制备方法与实施例1不同之处在于:
步骤b中:将所得泥坯进行烘干,烘干温度为200℃,烘干时间为30h,烘干后所得泥坯的含水率<0.5%,然后进入隧道窑进行烧成,烧成温度为1650℃,达到烧成温度条件下保温8h。
采用的原料刚玉莫来石均质料60%是由1~3mm粒度刚玉莫来石均质料40%和粒度<1mm刚玉莫来石均质料20%组成;
所述白刚玉20%是由粒度1~3mm的白刚玉4%、粒度<1mm的白刚玉4%和粒度<0.074mm的白刚玉12%组成。
实施例4:与实施例1基本相同,不同之处在于:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖,以重量百分含量表示,所述刚玉莫来石复合砖的原料组成为:刚玉莫来石均质料30%,白刚玉50%,红柱石10%,a-Al2O3粉5%和结合粘土5%;外加占上述所有原料总重量4%的纸浆废液(纸浆废液中木质素的比重为1.5 g/cm3)。
采用的原料刚玉莫来石均质料30%是由1~3mm粒度刚玉莫来石均质料24%和粒度<1mm刚玉莫来石均质料6%组成;
所述白刚玉50%是由粒度1~3mm的白刚玉10%、粒度<1mm的白刚玉10%和粒度<0.074mm的白刚玉30%组成。
实施例5:与实施例1基本相同,不同之处在于:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖,以重量百分含量表示,所述刚玉莫来石复合砖的原料组成为:刚玉莫来石均质料20%,白刚玉45%,红柱石20%,a-Al2O3粉10%和结合粘土5%;外加占上述所有原料总重量2%的纸浆废液(纸浆废液中木质素的比重为1.5 g/cm3)。
采用的原料刚玉莫来石均质料20%是由1~3mm粒度刚玉莫来石均质料15%和粒度<1mm刚玉莫来石均质料5%组成;
所述白刚玉45%是由粒度1~3mm的白刚玉10%、粒度<1mm的白刚玉10%和粒度<0.074mm的白刚玉25%组成。
上述实施例1-5中采用的各原料的理化指标详见表1。
实施例6:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖的制备方法为:
a、备料:首先按照实施例1所述的各原料的配比比例进行配料,配制1~3mm和<1mm两种粒度的刚玉莫来石均质料,1~3mm、<1mm和<0.074mm三种粒度的白刚玉,<1mm的红柱石,粒度<0.044mm的a-Al2O3粉,粒度<0.044mm的结合粘土;
b、混料:将步骤a中配制的粒度为1~3mm刚玉莫来石均质料、粒度为<1mm刚玉莫来石均质料、粒度为1~3mm白刚玉、粒度为<1mm白刚玉和粒度为<1mm红柱石作为骨料,倒入混料机中干混5min,得到干混料;然后向所得干混料中加入配制的纸浆废液,加入后混料3min;最后加入剩下的粒度为<0.074mm白刚玉、粒度<0.044mm的a-Al2O3粉和粒度<0.044mm结合粘土,加入后进行混碾10min,得到泥料;
c、成型:将步骤b所得泥料困料2h,困料后压制成砖坯,所得砖坯控制体积密度为3.2~3.4g/cm3,压制成型过程中成型压机的吨位为630T;
d、干燥:将步骤c所得砖坯置于干燥窑中进行干燥,干燥时间为38h,干燥窑入口温度控制在50~60℃,干燥温度控制在140~150℃,控制干燥后砖坯中水分质量含量<0.5%时出窑;
e、烧成:将干燥后所得砖坯采用高温隧道窑进行烧成,烧成温度为1550℃,达到烧成温度条件下保温16h,烧成结束后自然冷却至室温出窑。
实施例7:与实施例6基本相同,不同之处在于:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖的制备方法与实施例6不同之处在于:
步骤a中:首先按照实施例2所述的各原料的配比比例进行配料;
步骤c中:将步骤b所得泥料困料1.8h;
步骤d中:干燥时间为30h,干燥窑入口温度控制在70~80℃,干燥温度控制在160~170℃;
步骤e中:烧成温度为1500℃,达到烧成温度条件下保温20h。
实施例8:与实施例6基本相同,不同之处在于:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖的制备方法与实施例6不同之处在于:
步骤a中:首先按照实施例3所述的各原料的配比比例进行配料;
步骤c中:将步骤b所得泥料困料1.5h;
步骤d中:干燥时间为48h,干燥窑入口温度控制在45~50℃,干燥温度控制在120~130℃;
步骤e中:烧成温度为1600℃,达到烧成温度条件下保温13h。
实施例9:与实施例6基本相同,不同之处在于:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖的制备方法与实施例6不同之处在于:
步骤a中:首先按照实施例4所述的各原料的配比比例进行配料;
步骤c中:将步骤b所得泥料困料1.2h;
步骤d中:干燥时间为26h,干燥窑入口温度控制在80~90℃,干燥温度控制在170~180℃;
步骤e中:烧成温度为1580℃,达到烧成温度条件下保温18h。
实施例10:与实施例6基本相同,不同之处在于:
本发明COREX炉用刚玉莫来石复合砖的制备方法与实施例6不同之处在于:
步骤a中:首先按照实施例5所述的各原料的配比比例进行配料;
步骤c中:将步骤b所得泥料困料1.0h;
步骤d中:干燥时间为35h,干燥窑入口温度控制在60~70℃,干燥温度控制在160~170℃;
步骤e中:烧成温度为1550℃,达到烧成温度条件下保温18h。
实施例1-5利用实施例6-10所述制备方法制备成的产品刚玉莫来石复合砖的理化指标详见表2。

Claims (8)

1.一种COREX炉用刚玉莫来石复合砖,其特征在于,以重量百分含量表示,所述刚玉莫来石复合砖的原料组成为:刚玉莫来石均质料20~60%,白刚玉20~50%,红柱石5~20%,a-Al2O3粉5~10%和结合粘土3~5%;外加占上述所有原料总重量2~5%的纸浆废液。
2.根据权利要求1所述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,其特征在于,所述刚玉莫来石均质料是通过以下方法制备而成:
a、以高铝矾土和工业氧化铝为原料,将高铝矾土按照Al2O3质量含量75~80%和80~85%两个级别进行拣选分级,各级别高铝矾土破碎至<1mm后,进行多级均化,然后将均化后的75~80%级别高铝矾土、80~85%级别高铝矾土和工业氧化铝粉按照质量比1:1~3:0.1~0.5混合制成Al2O3质量含量88~92%的混合料;
b、将步骤a所得混合料置于球磨机中,采用湿法研磨至物料粒度<0.044mm,然后依次经真空抽滤、挤泥成型为泥坯;将所得泥坯进行烘干,烘干温度为100~200℃,烘干时间为30~50h,烘干后所得泥坯的含水率<0.5%,然后进入隧道窑进行烧成,烧成温度为1500~1650℃,达到烧成温度条件下保温8~10h,烧成后自然冷却至室温得到刚玉莫来石均质料;
c、将步骤b所得刚玉莫来石均质料破碎成1~3mm和<1mm两种颗粒料,备用。
3.根据权利要求2所述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,其特征在于:所述高铝矾土中Al2O3的质量百分含量为75~85%,TiO2的质量含量≤2.0%,Fe2O3的质量含量≤1.0%;所述工业氧化铝中Al2O3的质量百分含量>95%。
4.根据权利要求1所述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,其特征在于:所述刚玉莫来石均质料20~60%是由1~3mm和<1mm两种粒度的刚玉莫来石均质料组成,组成时1~3mm粒度刚玉莫来石均质料和粒度<1mm刚玉莫来石均质料二者之间的质量比为1~4:1。
5.根据权利要求1所述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,其特征在于:所述白刚玉中Al2O3的质量百分含量>99%,Fe2O3含量<0.2%,体积密度>3.5g/cm3;所述白刚玉20~50%是由粒度1~3mm的白刚玉、0.074mm<粒度<1mm的白刚玉和粒度<0.074mm的白刚玉组成,组成时三种粒度白刚玉之间的质量比为1~4:1:1~3。
6.根据权利要求1所述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,其特征在于:所述红柱石的粒度为<1mm,所述a-Al2O3粉的粒度为<0.044mm,所述结合粘土的粒度为<0.044mm。
7.根据权利要求1所述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖,其特征在于:所述纸浆废液中木质素的比重为1.0~1.6 g/cm3
8.一种权利要求1所述的COREX炉用刚玉莫来石复合砖的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
a、备料:首先按照权利要求1所述的各原料的配比比例进行配料,配制1~3mm和<1mm两种粒度的刚玉莫来石均质料,1~3mm、0.074mm<粒度<1mm和<0.074mm三种粒度的白刚玉,<1mm的红柱石,粒度<0.044mm的a-Al2O3粉,粒度<0.044mm的结合粘土;
b、混料:将步骤a中配制的粒度为1~3mm刚玉莫来石均质料、粒度为<1mm刚玉莫来石均质料、粒度为1~3mm白刚玉、粒度为<1mm白刚玉和粒度为<1mm红柱石作为骨料,倒入混料机中干混3~5min,得到干混料;然后向所得干混料中加入配制的纸浆废液,加入后混料2~3min;最后加入剩下的粒度为<0.074mm白刚玉、粒度<0.044mm的a-Al2O3粉和粒度<0.044mm结合粘土,加入后进行混碾5~10min,得到泥料;
c、成型:将步骤b所得泥料困料1~2h,困料后压制成砖坯,所得砖坯控制体积密度为3.2~3.4g/cm3,压制成型过程中成型压机的吨位为630T;
d、干燥:将步骤c所得砖坯置于干燥窑中进行干燥,干燥时间为20~50h,干燥窑入口温度控制在45~90℃,干燥温度控制在110~180℃,控制干燥后砖坯中水分质量含量<0.5%时出窑;
e、烧成:将干燥后所得砖坯采用高温隧道窑或梭式窑进行烧成,烧成温度为1500~1600℃,达到烧成温度条件下保温10~20h,烧成结束后自然冷却至室温出窑。
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