CN105801137B - 一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料 - Google Patents

一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于熔融还原炼铁用耐火材料领域，提出一种熔融还原炼铁炉用Al2O3‑Cr2O3耐火材料。提出一种熔融还原炼铁炉用Al2O3‑Cr2O3耐火材料的原料组成及质量百分比为：骨料60～70%、基质30～40%；Al2O3‑Cr2O3耐火材料中Cr2O3的含量为30～55%；骨料包括有铝铬颗粒和含锆原料；含锆原料为锆莫来石颗粒和锆英石颗粒中的一种或两种的混合；锆莫来石、锆英石的加入量为原料总质量的2～15%；基质为细粉和微粉，细粉包括有氧化铬绿和铝铬细粉；微粉为氧化锆微粉和烧结氧化铝微粉或活性氧化铝微粉。本发明在保证材料烧结效果和抗渣性优良的前提下有效改善了材料的抗热震性能，节约了运营成本。

Description

一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料
技术领域
本发明属于熔融还原炼铁用耐火材料领域，主要涉及一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料。
背景技术
熔融还原炼铁技术以非焦粉煤和铁矿石为原料，在高温熔态下进行铁氧化物还原，渣铁能完全分离，得到类似于高炉的含碳铁水；熔融还原炉中产生强烈的搅拌且温度很高，一般在1700～1900℃的温度范围内波动，耐火材料承受着各种机械的或者热的冲击，如高温煤气流的冲刷尤其是热震破坏。
为了解决熔融还原炉用耐火材料的技术问题，国内外学者纷纷进行了研究：如CN101784859B公布了熔融还原炉及其所用耐火材料，所述的耐火材料是含碳质量分数1～5%的MgO-C砖；经工业化应用发现其存在的问题是：在较有代表性的熔融还原炼铁工艺HIsmelt工艺中，其二次燃烧区存在很强烈的氧化性气氛，含碳材料的损毁较快；又如文献中介绍的镁铬砖用于熔融还原炉的情况，终还原阶段泡沫渣严重、渣的碱度较低为酸性渣，镁铬质等碱性耐火材料在该工况条件下抵御此种渣侵蚀的能力较差。
目前抗渣性较好而且能适应前述的氧化气氛及酸性渣情况的耐火材料主要是Al2O3-Cr2O3耐火材料，但其抗热震性在如此苛刻的工况下不能满足要求；而改善耐火材料抗热震性能一般有以下几种途径：（1）在材料内设大量的微气孔，在对材料抗热震性能和抗侵蚀性能要求都较高的条件下，这种方法将受到限制；（2）耐火材料中的玻璃相在较高温度发生软化和塑性变形,也可以起到类似于微气孔的作用；但是，玻璃相的存在对耐火材料的高温力学性能和抗侵蚀性能也是不利的；因此,在耐火材料的制备中总是尽量减少或消除玻璃相；(3)微裂纹增韧。
在Al2O3-Cr2O3耐火材料的使用当中，一般首先经历高温下由于化学成分梯度引起熔渣化学组分向热面砖的渗透，进而砖热面形成的变质层受到热冲击后，由于变质层和过渡层及原砖层热膨胀系数的差别，引起剥落造成损毁；另一过程是虽未遭受化学侵蚀，但经受急冷急热之后也会直接造成剥落；上述的第二个过程出现了在骨料颗粒还未受到化学侵蚀之前就剥落损毁；所以改善Al2O3-Cr2O3耐火材料的抗热震性要另辟蹊径；美国专利文献US5053366公布了添加单斜氧化锆可改善耐火材料的高温力学性能和抗热震性，但单斜氧化锆是以高纯原料的方式添加，虽然抗热震性有所改善但烧结情况变差，机械强度低，材料的抗渣性能随之劣化。
发明内容
为克服上述技术的不足，本发明的目的是提出一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，所述的Al2O3-Cr2O3耐火材料的原料组成及质量百分比为：骨料 60～70%、基质 30～40%；所述的Al2O3-Cr2O3耐火材料中Cr2O3的含量为30～55%；所述的骨料包括有铝铬颗粒和含锆原料；所述的铝铬颗粒为Cr2O3含量为50～80%的铝铬合成料；所述的含锆原料为锆莫来石颗粒和锆英石颗粒中的一种或两种的混合；所述的锆莫来石、锆英石的加入量为原料总质量的2～15%；所述的基质为细粉和微粉，所述的细粉包括有氧化铬绿和铝铬细粉；所述的微粉为氧化锆微粉和用于引入氧化铝的烧结氧化铝微粉或活性氧化铝微粉；所述的铝铬细粉为Cr2O3含量为95%的铝铬合成料。
所述的铝铬合成料为电熔或者烧结合成料中的一种或者两种的混合物。
所述铝铬颗粒包括有5～3mm的粗颗粒、3～2mm的中颗粒、2～1mm的中颗粒和1～0.5mm的细颗粒；5～3mm的粗颗粒、3～2mm的中颗粒、2～1mm的中颗粒和1～0.5mm的细颗粒的加入量为原料总质量的20～30%、10～20%、10～20%和10～18%
基质中所述铝铬细粉的加入量为原料总质量的15～20%。
基质中所述氧化铬绿的加入量为原料总质量的5～8%。
基质中所述氧化锆微粉的加入量为原料总质量的0～3%。
基质中所述烧结或活性氧化铝微粉的加入量为原料总质量的7%，主要起到促进烧结的作用。
基质的粒度小于等于0.045mm。
所述的锆莫来石、锆英石的主要作用是：高温下在砖中形成少量液相，促进了材料的烧结；高温下少量液相使Al2O3-Cr2O3耐火材料在高温使用中由纯粹的“刚性体”变成了“局部柔性体”，较高温度发生软化和塑性变形，也可以起到类似于微气孔的作用改善材料的抗热震性。
本发明中的锆莫来石颗粒和锆英石颗粒在烧成过程中可在砖中形成少量液相，促进了砖的烧结；少量液相使Al2O3-Cr2O3耐火材料在高温使用中由纯粹的“刚性体”变成了“局部柔性体”，较高温度发生软化和塑性变形，也可起到类似于微气孔的作用以改善材料的抗热震性；由于基质是材料受渣侵蚀过程中的薄弱环节，在骨料中添加含锆颗粒改善材料抗热震性能的前提下不会影响其烧结情况，而且抗渣性能不会受到影响。
本发明提出的一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，采用上述技术方案，具有如下有益效果：本发明通过在Al2O3-Cr2O3砖中添加占总固体原料质量分数为2～15%的锆莫来石、锆英石等，在保证材料烧结效果和抗渣性优良的前提下有效改善了材料的抗热震性能，按照德标DIN DDENV 993-11：2003测试抗热震次数可达30次以上。使得熔融还原炉用耐火材料的寿命从以前的3个月延长至10个月，大大节约了运营成本。
具体实施方式
结合下述实施例对本发明加以说明：
实施例1：分别称取铝铬细粉（Cr2O3含量约为95%）1.5kg，烧结氧化铝微粉（Al2O3含量≥99%）0.7kg，氧化铬绿细粉（Cr2O3含量≥99%）0.5kg，氧化锆微粉0.3kg，经过罐磨球磨机充分混合20min，制成混合细粉；称取粒度5～3mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约50%）3kg，粒度3～2mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约65%）1kg，粒度2～1mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约70%）1kg，粒度1～0.5mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约80%）1.8kg；粒度1～0.5mm的锆莫来石颗粒0.2kg，加入碾式混砂机中混合均匀，向颗粒中加入结合剂（质量分数为5%的PVA水溶液）0.3kg，搅拌10min后加入预混好的基质细粉，再经过10min的混合之后，睏料24hr；在摩擦压砖机上成型，成型好的坯体经110℃的烘干之后，装入梭式窑1700℃烧成，即可得到抗渣侵蚀性与铝铬砖相当、1100℃水冷＞30次的抗热震性优良的发明产品。
实施例2：分别称取铝铬细粉（Cr2O3含量约为95%）1.5kg，烧结氧化铝微粉（Al2O3含量≥99%）0.7kg，氧化铬绿细粉（Cr2O3含量≥99%）0.8kg，经过罐磨球磨机充分混合20min，制成混合细粉；称取粒度5～3mm的铝铬电熔颗粒（Cr2O3含量约50%）2kg，粒度3～2mm的铝铬电熔颗粒（Cr2O3含量约65%）1kg，粒度2～1mm的铝铬电熔颗粒（Cr2O3含量约70%）2kg，粒度1～0.5mm的铝铬电熔颗粒（Cr2O3含量约80%）1kg；粒度1～0.5mm的锆莫来石颗粒1kg，加入碾式混砂机中混合均匀，向颗粒中加入结合剂（质量分数为5%的PVA水溶液）0.3kg，搅拌10min后加入预混好的基质细粉，再经过10min的混合之后，睏料24hr；在摩擦压砖机上成型，成型好的坯体经110℃的烘干之后，装入梭式窑1700℃烧成，即可得到抗渣侵蚀性与铝铬砖相当、1100℃水冷＞30次的抗热震性优良的发明产品。
实施例3：分别称取铝铬细粉（Cr2O3含量约为95%）1.5kg，烧结氧化铝微粉（Al2O3含量≥99%）0.7kg，氧化铬绿细粉（Cr2O3含量≥99%）0.8kg，经过罐磨球磨机充分混合20min，制成混合细粉；称取粒度5～3mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约50%）2kg，粒度3～2mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约65%）1kg，粒度2～1mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约70%）1kg，粒度1～0.5mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约80%）1.5kg；粒度1～0.5mm的锆莫来石颗粒1.5kg，加入碾式混砂机中混合均匀，向颗粒中加入结合剂（质量分数为5%的PVA水溶液）0.3kg，搅拌10min后加入预混好的基质细粉，再经过10min的混合之后，睏料24hr；在摩擦压砖机上成型，成型好的坯体经110℃的烘干之后，装入梭式窑1700℃烧成，即可得到抗渣侵蚀性与铝铬砖相当、1100℃水冷＞30次的抗热震性优良的发明产品。
实施例4：分别称取铝铬细粉（Cr2O3含量约为95%）2kg，烧结氧化铝微粉（Al2O3含量≥99%）0.7kg，氧化铬绿细粉（Cr2O3含量≥99%）0.5kg，氧化锆微粉0.3kg，经过罐磨球磨机充分混合20min，制成混合细粉；称取粒度5～3mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约50%）2kg，粒度3～2mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约65%）2kg，粒度2～1mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约70%）1.3kg，粒度1～0.5mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约80%）1kg；粒度1～0.5mm的锆英石颗粒0.2kg，加入碾式混砂机中混合均匀，向颗粒中加入结合剂（质量分数为5%的PVA水溶液）0.3kg，搅拌10min后加入预混好的基质细粉，再经过10min的混合之后，睏料24hr；在摩擦压砖机上成型，成型好的坯体经110℃的烘干之后，装入梭式窑1700℃烧成，即可得到抗渣侵蚀性与铝铬砖相当、1100℃水冷＞30次的抗热震性优良的发明产品。
实施例5：分别称取铝铬细粉（Cr2O3含量约为95%）2kg，活性氧化铝微粉（Al2O3含量≥99%）0.7kg，氧化铬绿细粉（Cr2O3含量≥99%）0.8kg，经过罐磨球磨机充分混合20min，制成混合细粉；称取粒度5～3mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约50%）2kg，粒度3～2mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约65%）1kg，粒度2～1mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约70%）1kg，粒度1～0.5mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约80%）1kg。粒度1～0.5mm的锆英石颗粒1.5kg，加入碾式混砂机中混合均匀，向颗粒中加入结合剂（质量分数为5%的PVA水溶液）0.3kg，搅拌10min后加入预混好的基质细粉，再经过10min的混合之后，睏料24hr；在摩擦压砖机上成型，成型好的坯体经110℃的烘干之后，装入梭式窑1700℃烧成，即可得到抗渣侵蚀性与铝铬砖相当、1100℃水冷＞30次的抗热震性优良的发明产品。
实施例6：分别称取铝铬细粉（Cr2O3含量约为95%）2kg，活性氧化铝微粉（Al2O3含量≥99%）0.7kg，氧化铬绿细粉（Cr2O3含量≥99%）0.8kg，经过罐磨球磨机充分混合20min，制成混合细粉；称取粒度5～3mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约50%）2kg，粒度3～2mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约65%）1kg，粒度2～1mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约70%）1kg，粒度1～0.5mm的铝铬颗粒（Cr2O3含量约80%）1kg；粒度1～0.5mm的锆莫来石0.5kg，粒度1～0.5mm的锆英石颗粒1kg。加入碾式混砂机中混合均匀，向颗粒中加入结合剂（质量分数为5%的PVA水溶液）0.3kg，搅拌10min后加入预混好的基质细粉，再经过10min的混合之后，睏料24hr；在摩擦压砖机上成型，成型好的坯体经110℃的烘干之后，装入梭式窑1700℃烧成，即可得到抗渣侵蚀性与铝铬砖相当、1100℃水冷＞30次的抗热震性优良的发明产品。

Claims (8)

1.一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，所述的Al2O3-Cr2O3耐火材料的原料组成及质量百分比为：骨料 60～70%、基质 30～40%；其特征在于：所述的Al2O3-Cr2O3耐火材料中Cr2O3的含量为30～55%；所述的骨料包括有铝铬颗粒和含锆原料；所述的铝铬颗粒为Cr2O3含量为50～80%的铝铬合成料；所述的含锆原料为锆莫来石颗粒和锆英石颗粒中的一种或两种的混合；所述的锆莫来石、锆英石的加入量为原料总质量的2～15%；所述的基质为细粉和微粉，所述的细粉包括有氧化铬绿和铝铬细粉；所述的微粉为氧化锆微粉和用于引入氧化铝的烧结氧化铝微粉或活性氧化铝微粉；所述的铝铬细粉为Cr2O3含量为95%的铝铬合成料。
2.如权利要求1所述的一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，其特征在于：所述的铝铬合成料为电熔或者烧结合成料中的一种或者两种的混合物。
3.如权利要求1所述的一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，其特征在于：所述铝铬颗粒包括有5～3mm的粗颗粒、3～2mm的中颗粒、2～1mm的中颗粒和1～0.5mm的细颗粒；5～3mm的粗颗粒、3～2mm的中颗粒、2～1mm的中颗粒和1～0.5mm的细颗粒的加入量分别为原料总质量的20～30%、10～20%、10～20%和10～18%。
4.如权利要求1所述的一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，其特征在于：基质中所述铝铬细粉的加入量为原料总质量的15～20%。
5.如权利要求1所述的一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，其特征在于：基质中所述氧化铬绿的加入量为原料总质量的5～8%。
6.如权利要求1所述的一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，其特征在于：基质中所述氧化锆微粉的加入量为原料总质量的0～3%。
7.如权利要求1所述的一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，其特征在于：基质中所述烧结或活性氧化铝微粉的加入量为原料总质量的7%，主要起到促进烧结的作用。
8.如权利要求1所述的一种熔融还原炼铁炉用Al2O3-Cr2O3耐火材料，其特征在于：基质的粒度小于等于0.045mm。
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