CN106083094B - 一种炼铜转炉风口砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种炼铜转炉风口砖及其制备方法。其技术方案是：以60~65wt%的电熔镁铬砂颗粒为骨料，以15~20wt%的电熔镁砂细粉、11~16wt%的Cr7C3细粉、4~7wt%的氧化锆微粉和1~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混匀；然后外加占所述基质料与所述骨料之和8~10wt%的氧化锆溶胶，混匀，成型，在25~30℃条件下养护12~24h，在110~120℃条件下干燥12~18h；最后置于马弗炉中，以4~5℃/min的升温速率升温至1550~1580℃，保温2~3h，随炉冷却，制得炼铜转炉风口砖。本发明工艺简单；所制备的炼铜转炉风口砖的强度大、抗渣侵蚀性强、抗热震性优和体积稳定性好。
Description
技术领域
本发明属于炼铜转炉用耐火材料技术领域。具体涉及一种炼铜转炉风口砖及其制备方法。
背景技术
炼铜转炉是冰铜吹炼过程中重要的冶炼设备。在转炉中向熔融冰铜鼓入空气进行吹炼时，FeS优先被氧化成FeO，并与外加的石英反应进入熔渣；随后继续鼓风，Cu2S中的硫氧化进入烟气，得到含铜98~99%的粗铜。
转炉炼铜属于间歇式操作，炉内温度波动大（600~1450℃），尤其风口区的耐火材料是炼铜转炉的薄弱环节，需承受高温、冲刷以及温度波动产生的热应力，易造成结构剥落而损毁。因而对炼铜转炉风口区的耐火材料提出了严格的要求。
目前，炼铜转炉风口砖主要为直接结合镁铬砖、熔铸镁铬尖晶石砖和镁铝钛砖。
采用直接结合镁铬砖作为炼铜转炉风口砖，一般以高纯镁砂和铬精矿为原料，经配料、混合后高温烧成（张锡平，等．添加物对镁铬砖性能的影响．耐火材料，2008，42(2)：pp120~123；郑德胜，等．炼铜转炉用优质镁铬砖的研制．耐火材料，2000，34(5)：pp274~275+285）。直接结合镁铬砖的耐火度高，且MgO与Cr2O3在高温烧成过程中原位形成镁铬尖晶石，有利于提高直接结合镁铬砖的强度。但MgO与Cr2O3原位形成镁铬尖晶石的同时，伴随一定的体积膨胀，易导致砖坯内部形成微裂纹，降低了直接结合镁铬砖的抗渣侵蚀性能。
采用熔铸镁铬砖作为炼铜转炉风口砖（石杰，等．熔铸镁铬砖的研究及应用．有色设备，2000，(5)：pp37~40），一般以电熔镁铬尖晶石为主要原料，其耐火度高，高温强度大，尤其电熔镁铬尖晶石晶粒生长发育完全，因而电熔镁铬尖晶石抵抗熔渣侵蚀的能力较强，但镁铬尖晶石缓和热应力能力较差，易产生结构剥落而损毁。
采用镁铝钛砖作为炼铜转炉风口砖，其MgAl2O4与Mg2TiO4尖晶石形成复合固溶体，有利于改善镁铝钛砖的结构，堵塞熔渣的渗入通道，提高镁铝钛砖的抗渣侵蚀性能，并减少结构剥落（徐琳琳，等．铜冶炼炉用镁铝钛砖的研制．耐火材料，2012，46(5)：pp347~349）。但镁铝钛砖中MgO、Al2O3和TiO2的固溶反应均伴随明显的体积效应，大大降低了镁铝钛砖的体积稳定性。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单的炼铜转炉风口砖的制备方法，用该方法制备的炼铜转炉风口砖的强度大、抗渣侵蚀性强、抗热震性优和体积稳定性好。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以60~65wt%的电熔镁铬砂颗粒为骨料，以15~20wt%的电熔镁砂细粉、11~16wt%的Cr7C3细粉、4~7wt%的氧化锆微粉和1~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀。然后外加占所述基质料与所述骨料之和8~10wt%的氧化锆溶胶，混合均匀，机压成型，在25~30℃条件下养护12~24h，在110~120℃条件下干燥12~18h。最后置于马弗炉中，以4~5℃/min的升温速率升温至1550~1580℃，保温2~3h，随炉冷却，制得炼铜转炉风口砖。
所述电熔镁铬砂颗粒的主要化学成分是：MgO含量为70~73wt%，Cr2O3含量为22~25wt%，Fe2O3含量＜0.1wt%；所述电熔镁铬砂颗粒的粒度为0.1~6mm。
所述电熔镁砂细粉的主要化学成分是：MgO含量≥99wt%，Fe2O3含量＜0.1wt%；所述电熔镁砂细粉的粒度为60~80μm。
所述Cr7C3细粉的Cr7C3含量≥99wt%，Cr7C3细粉的粒度为10~20μm。
所述氧化锆微粉的ZrO2含量≥99wt%，氧化锆微粉的粒度为10~20μm。
所述氧化钇微粉的Y2O3含量≥99wt%，氧化钇微粉的粒度为10~20μm。
所述氧化锆溶胶的ZrO2含量为20~30wt%，氧化锆溶胶的胶粒直径为20~70nm。
所述机压成型的压强为180~200MPa。
由于采取上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明无需特殊的制备设备和处理技术，节省劳动力资源，且采用溶胶结合的方式，组分分散均匀，工艺简单。
2、本发明利用物料组分的氧化分解及原位形成尖晶石，形成空间网状结构，提高了炼铜转炉风口砖的强度和抗渣侵蚀性能。
3、本发明通过烧成过程中氧化锆溶胶中纳米胶粒的表面效应促进烧结，并结合氧化锆的马氏体相变增韧，增强了炼铜转炉风口砖的抗热震性和体积稳定性。
本发明制备的炼铜转炉风口砖经测定：冷态耐压强度为90~95MPa；烧后线变化为0.07~0.12%；1450℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为3~8%；1100℃风冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为91~96%。
因此，本发明工艺简单；所制备的炼铜转炉风口砖的强度大、抗渣侵蚀性强、抗热震性优和体积稳定性好。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的骨料、基质料和机压成型统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述电熔镁铬砂颗粒的主要化学成分是：MgO含量为70~73wt%，Cr2O3含量为22~25wt%，Fe2O3含量＜0.1wt%；所述电熔镁铬砂颗粒的粒度为0.1~6mm。
所述电熔镁砂细粉的主要化学成分是：MgO含量≥99wt%，Fe2O3含量＜0.1wt%；所述电熔镁砂细粉的粒度为60~80μm。
所述Cr7C3细粉的Cr7C3含量≥99wt%，Cr7C3细粉的粒度为10~20μm。
所述氧化锆微粉的ZrO2含量≥99wt%，氧化锆微粉的粒度为10~20μm。
所述氧化钇微粉的Y2O3含量≥99wt%，氧化钇微粉的粒度为10~20μm。
所述氧化锆溶胶的ZrO2含量为20~30wt%，氧化锆溶胶的胶粒直径为20~70nm。
所述机压成型的压强为180~200MPa。
实施例1
一种炼铜转炉风口砖及其制备方法。以60~62wt%的电熔镁铬砂颗粒为骨料，以15~17wt%的电熔镁砂细粉、14~16wt%的Cr7C3细粉、5~7wt%的氧化锆微粉和1~2wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀。然后外加占所述基质料与所述骨料之和8~9wt%的氧化锆溶胶，混合均匀，机压成型，在25~30℃条件下养护12~24h，在110~120℃条件下干燥12~18h。最后置于马弗炉中，以4~5℃/min的升温速率升温至1550~1570℃，保温2~3h，随炉冷却，制得炼铜转炉风口砖。
本实施例制备的炼铜转炉风口砖经测定：冷态耐压强度为90~92MPa；烧后线变化为0.10~0.12%；1450℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为6~8%；1100℃风冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为91~93%。
实施例2
一种炼铜转炉风口砖及其制备方法。以61~63wt%的电熔镁铬砂颗粒为骨料，以16~18wt%的电熔镁砂细粉、13~15wt%的Cr7C3细粉、5~7wt%的氧化锆微粉和1~2wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀。然后外加占所述基质料与所述骨料之和8~9wt%的氧化锆溶胶，混合均匀，机压成型，在25~30℃条件下养护12~24h，在110~120℃条件下干燥12~18h。最后置于马弗炉中，以4~5℃/min的升温速率升温至1550~1570℃，保温2~3h，随炉冷却，制得炼铜转炉风口砖。
本实施例制备的炼铜转炉风口砖经测定：冷态耐压强度为91~93MPa；烧后线变化为0.09~0.11%；1450℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为5~7%；1100℃风冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为92~94%。
实施例3
一种炼铜转炉风口砖及其制备方法。以62~64wt%的电熔镁铬砂颗粒为骨料，以17~19wt%的电熔镁砂细粉、12~14wt%的Cr7C3细粉、4~6wt%的氧化锆微粉和2~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀。然后外加占所述基质料与所述骨料之和9~10wt%的氧化锆溶胶，混合均匀，机压成型，在25~30℃条件下养护12~24h，在110~120℃条件下干燥12~18h。最后置于马弗炉中，以4~5℃/min的升温速率升温至1560~1580℃，保温2~3h，随炉冷却，制得炼铜转炉风口砖。
本实施例制备的炼铜转炉风口砖经测定：冷态耐压强度为92~94MPa；烧后线变化为0.08~0.10%；1450℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为4~6%；1100℃风冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为93~95%。
实施例4
一种炼铜转炉风口砖及其制备方法。以63~65wt%的电熔镁铬砂颗粒为骨料，以18~20wt%的电熔镁砂细粉、11~13wt%的Cr7C3细粉、4~6wt%的氧化锆微粉和2~3wt%的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀。然后外加占所述基质料与所述骨料之和9~10wt%的氧化锆溶胶，混合均匀，机压成型，在25~30℃条件下养护12~24h，在110~120℃条件下干燥12~18h。最后置于马弗炉中，以4~5℃/min的升温速率升温至1560~1580℃，保温2~3h，随炉冷却，制得炼铜转炉风口砖。
本实施例制备的炼铜转炉风口砖经测定：冷态耐压强度为93~95MPa；烧后线变化为0.07~0.09%；1450℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为3~5%；1100℃风冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为94~96%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式无需特殊的制备设备和处理技术，节省劳动力资源，且采用溶胶结合的方式，组分分散均匀，工艺简单。
2、本具体实施方式利用物料组分的氧化分解及原位形成尖晶石，形成空间网状结构，提高了炼铜转炉风口砖的强度和抗渣侵蚀性能。
3、本具体实施方式通过烧成过程中氧化锆溶胶中纳米胶粒的表面效应促进烧结，并结合氧化锆的马氏体相变增韧，增强了炼铜转炉风口砖的抗热震性和体积稳定性。
本具体实施方式制备的炼铜转炉风口砖经测定：冷态耐压强度为90~95MPa；烧后线变化为0.07~0.12%；1450℃×3h静态坩埚法抗渣实验侵蚀指数为3~8%；1100℃风冷一次热震稳定性实验残余强度保持率为91~96%。
因此，本具体实施方式工艺简单；所制备的炼铜转炉风口砖的强度大、抗渣侵蚀性强、抗热震性优和体积稳定性好。
Claims (6)
1.一种炼铜转炉风口砖的制备方法，其特征在于以60～65wt％的电熔镁铬砂颗粒为骨料，以15～20wt％的电熔镁砂细粉、11～16wt％的Cr7C3细粉、4～7wt％的氧化锆微粉和1～3wt％的氧化钇微粉为基质料；按所述骨料和所述基质料的含量，先将基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀；然后外加占所述基质料与所述骨料之和8～10wt％的氧化锆溶胶，混合均匀，机压成型，在25～30℃条件下养护12～24h，在110～120℃条件下干燥12～18h；最后置于马弗炉中，以4～5℃/min的升温速率升温至1550～1580℃，保温2～3h，随炉冷却，制得炼铜转炉风口砖；
所述电熔镁铬砂颗粒的主要化学成分是：MgO含量为70～73wt％，Cr2O3含量为22～25wt％，Fe2O3含量＜0.1wt％；所述电熔镁铬砂颗粒的粒度为0.1～6mm；
所述电熔镁砂细粉的主要化学成分是：MgO含量≥99wt％，Fe2O3含量＜0.1wt％；所述电熔镁砂细粉的粒度为60～80μm；
所述氧化锆溶胶的ZrO2含量为20～30wt％，氧化锆溶胶的胶粒直径为20～70nm。
2.根据权利要求1所述的炼铜转炉风口砖的制备方法，其特征在于所述Cr7C3细粉的Cr7C3含量≥99wt％，Cr7C3细粉的粒度为10～20μm。
3.根据权利要求1所述的炼铜转炉风口砖的制备方法，其特征在于所述氧化锆微粉的ZrO2含量≥99wt％，氧化锆微粉的粒度为10～20μm。
4.根据权利要求1所述的炼铜转炉风口砖的制备方法，其特征在于所述氧化钇微粉的Y2O3含量≥99wt％，氧化钇微粉的粒度为10～20μm。
5.根据权利要求1所述的炼铜转炉风口砖的制备方法，其特征在于所述机压成型的压强为180～200MPa。
6.一种炼铜转炉风口砖，其特征在于所述炼铜转炉风口砖是根据权利要求1～5项中任一项所述的炼铜转炉风口砖的制备方法所制备的炼铜转炉风口砖。
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| CN106083094A (zh) | 2016-11-09 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20161109 Assignee: Wuhan Chuanfu metal materials Co., Ltd Assignor: WUHAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2020420000002 Denomination of invention: A tuyere brick for copper smelting converter and its preparation method Granted publication date: 20190319 License type: Common License Record date: 20201021 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Wuhan Chuanfu metal materials Co.,Ltd. Assignor: WUHAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2020420000002 Date of cancellation: 20220117 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |