CN107140951A - 一种晶须复合高性能镁砖及其制造方法 - Google Patents

一种晶须复合高性能镁砖及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于耐火材料技术领域，特别是涉及一种冶炼炉永久衬、合金冶炼矿业炉、玻璃窑蓄热室、水泥回转窑用耐火材料技术领域，尤其是指一种晶须复合高性能镁砖及其制造方法。其原料按重量分数配比如下：5‑8mm电熔镁砂5‑10％，3‑5mm电熔镁砂10‑20％，3‑0.074mm电熔镁砂10‑20％，小于0.074mm电熔镁砂5‑10％；5‑8mm高纯镁砂5‑10％，3‑5mm高纯镁砂5‑15％，3‑0.074mm高纯镁砂0‑10％，小于0.074mm高纯镁砂5‑10％，3‑5mm再生废镁砖5‑15％，0‑3mm再生废镁砖5‑15％，氧化镁晶须5‑15％，硼酸镁晶须1‑15％；纳米级铝酸镁胶结剂干粉2‑5％和外加纸浆2‑5％。

Description

一种晶须复合高性能镁砖及其制造方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，特别是涉及一种冶炼炉永久衬、合金冶炼矿业炉、玻璃窑蓄热室、水泥回转窑用耐火材料技术领域，尤其涉及一种晶须复合高性能镁砖及其制造方法。
背景技术
镁砖因其高温性能好、抗碱性渣能力强，被广泛应用于钢铁工业的炼钢炉衬、铁合金炉和混铁炉的耐火材料；用于有色冶金工业炉如：铜、铅、锌、锡的炉衬，但是现有镁砖的热膨胀性较大，且线膨胀系数随温度升高而增大，造成镁砖的热震稳定性很差，水冷次数仅为2-3次，不能满足使用要求；另外，玻璃窑的蓄热室、水泥回转窑烧成带部分使用镁铬砖存在很多缺陷，如砖“硬脆”容易开裂，高温下韧性差，已不能满足窑炉使用要求，另外，其含Cr6+离子存在有剧毒，环境危害巨大，所以，利用优质镁砖代替镁铬砖是十分必要的。随着我国工业的不断发展，产品性能不断调整优化，工业窑炉所用耐火材料的使用条件更加苛刻，环保要求也越来越严，现有镁砖已不能满足使用要求，急需高质量、高性能的镁砖替代现有产品镁砖和镁铬砖，满足工业发展及绿色环保的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种晶须复合高性能镁砖及其制备方法，该高性能镁砖既能提高现代工业窑炉使用寿命，又能消除铬公害，能够明显提高镁砖的理化性能指标，满足当前镁碳砖使用需求。
为了实现上述目的，本发明提供的晶须复合高性能镁砖，其原料按重量分数配比如下：5-8mm电熔镁砂5-10％，3-5mm电熔镁砂10-20％，3-0.074mm电熔镁砂10-20％，小于0.074mm电熔镁砂5-10％；5-8mm高纯镁砂5-10％，3-5mm高纯镁砂5-15％，3-0.074mm高纯镁砂0-10％，小于0.074mm高纯镁砂5-10％，3-5mm再生废镁砖5-15％，3-0mm再生废镁砖5-15％，氧化镁晶须5-15％，硼酸镁晶须1-15％；纳米级铝酸镁胶结剂干粉2-5％和外加纸浆2-5％。
所述的晶须复合高性能镁砖的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤(1)、准备骨料：将所述再生废镁砖、电熔镁砂、高纯镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分和磨粉，按需求制成颗粒料或细粉料。
步骤(2)、预混粉制备：将粒度小于0.074mm的电熔镁砂细粉、粒度小于0.074mm高纯镁砂细粉、氧化镁晶须、硼酸镁晶须、纳米级铝酸镁胶结剂按要求所需的重量百分比混合均匀，备用。
步骤(3)、混炼：把各原料送入高速混炼机内进行混炼，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、3-5mm、3-0.074mm的高纯镁砂、电熔镁砂和3-5mm、3-0mm的再生废镁砖同时加入混合3-5分钟，然后加入结合剂纸浆混合1-3分钟，再加入步骤(2)预混好的细粉，混合8-10分钟，混合均匀后出料，备用。
步骤(4)、成型：称取步骤(3)制备的重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行。
步骤(5)、干燥：将步骤(4)中的成型砖坯置于180-220℃的温度条件下，干燥24h后，即得砖坯。
步骤(6)、烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，按1500-1650℃高温烧成制度烧成。
步骤(7)拣选、加工及包装：出窑的镁砖无需浸蜡，冷却后经拣选、包装后入成品库。
所述的电熔镁砂、高纯镁砂、再生废镁砖理化指标如表1。
表1电熔镁砂、高纯镁砂及再生废镁砖的理化指标。
项目 电熔镁砂 高纯镁砂 再生废镁砖
MgO,％ ≥96.00 ≥96.00 ≥95.00
CaO,％ ≤1.20 ≤1.20 -
∑SiO2+Al2O3+Fe2O3,％ ≤1.50 ≤1.5 ≤2.0
体积密度,g/cm3 ≥3.45 ≥3.20 ≥3.0
所述的氧化镁晶须是一种极细的纤维状单结晶体，纯度高(MgO≥99％)、熔点高(熔点2800℃)，纤维直径0.1-1.0μm，纤维长度5-100μm。
所述的硼酸镁晶须是白色固体粉末、纤维长度30-50μm、纤维直径30-50μm、熔点1360℃。
所述纸浆的比重1.22g/cm3。
所述纳米级铝酸镁胶结剂干粉中MgO与Al2O3重量百分比之和大于85％。
本发明的有益效果。
本发明用的再生废镁砖为直接购买的废弃镁砖，必须进行表面处理后，无杂质符合理化性能要求再进行破碎再利用，实现废弃耐材再利用变废为宝；本发明利用复合添加氧化镁晶须、硼酸镁晶须生产的镁砖，是在不改变原有传统生产工艺的情况下，研制出不含Cr6+高性能镁砖，消除铬污染。可根据复合添加剂加入量的不同，生产出适用于炼钢炉永久衬、铁合金矿业炉、有色冶金工业炉、玻璃窑的蓄热室、水泥回转窑烧成带等不同型号的产品；本发明采用的氧化镁晶须本身具有纯度高(MgO≥99％)、熔点高(熔点2800℃)可提高基质的高温性能；它是一种极细的纤维状单结晶体(纤维直径：0.1-1.0μm、长度：5-100μm)，具有良好的热传导性(热导率是氧化铝的3倍)、耐碱性、热稳定性和拉伸强度大，单独使用时可作为复合材料的补强、增韧材料。在加有硼酸镁晶须时，较低的烧成温度条件下，就能在烧成过程中基质原位晶体成长形成的立体晶格交织网络状结构，将镁砂颗粒牢固包裹镶嵌在一起，进一步提高制品的高温强度，抗侵蚀性，又同时改善了制品的热震稳定性；本发明采用的硼酸镁晶须具有轻量化、高强度、高弹性模量、高硬度、拉伸强度大及良好的机械强度等优异性能，无毒无害无污染，其纤维长度和直径为30-50μm、熔点低(1360℃)，适量添加硼酸镁晶须可降低制品的烧成温度(降低50-100℃)，促进了材料网络结构的形成，节省了能源；另外其熔点低(1360℃)在使用状态下制品的工作面产生熔融，阻断了微细裂纹的延伸，填充了材料的气孔，增强了材料的抗侵蚀性和热震稳定性；本发明采用的纳米级铝酸镁胶结剂主要成分是MgO和Al2O3，用作碱性材料的结合剂时，不会引入杂质成分，这种用纳米技术制作的粉体，在常温下水化后具有胶结作用，干燥后，形成穿插式的结构镶嵌在颗粒与细粉之间，使砖坯具有理想的结合强度，同时，在高温烧成下，铝酸镁胶结剂粉体还能起到促烧的作用，且形成少量的尖晶石，起到增韧增强作用，制品在常温、中温、高温强度可达80mPa以上，由其制备的产品具有良好的荷重软化温度及热震稳定性、耐侵蚀性。
综上所述，本发明的晶须复合镁砖，因采用所述的晶须复合及其生产工艺，在不同晶须及特殊结合剂的作用下，明显改善了耐火制品的热震稳定性、高温强度和抗侵蚀性。利用不同晶须及纳米干粉结合剂的加入量的不同，生产出适应不同窑炉使用需求的产品。本发明采用以上添加剂、结合剂的复合作用效果显著，制品基质微观呈立体网状结构致密，晶粒发育更完全，使制品的高温强度，热震稳定性、挂渣性、抗渗透性都有很大的提高。采用本发明方法制备的镁砖在优化制品基质的同时，又增强了产品的基质组织结构，在不同温度下都具有较高的强度，抗热震性，比传统镁砖具有更高的使用寿命，可取代现有镁砖、镁铬砖，且适合工业化生产。
采用本发明方法制备的系列制品应用在炼钢炉永久衬、铁合金矿业炉、有色冶金工业炉、玻璃窑的蓄热室、水泥回转窑烧成带等设备上，产品使用效果明显优于现行产品，寿命提高显著，达到节能、环保、长寿的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1。
本发明实例用来生产冶金炉永久衬用高性能镁砖，其原料按重量分数配比如下：电熔镁砂：5-8mm 5％，3-5mm 10％，3-0.074mm 10％，小于0.074mm 5％；高纯镁砂5-8mm10％，3-5mm 5％，小于0.074mm 5％；再生废镁砖3-5mm 15％，3-0.074mm 12％；氧化镁晶须10％，硼酸镁晶须8％；结合剂：纳米级铝酸镁胶结剂干粉5％，外加纸浆3.5％。
所述的晶须复合高性能镁砖的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤(1)、准备骨料：将所述再生废镁砖、电熔镁砂、高纯镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分和磨粉，按需求制成颗粒料或细粉料。
步骤(2)、预混粉制备：将粒度小于0.074mm的电熔镁砂细粉、粒度小于0.074mm高纯镁砂细粉、氧化镁晶须、硼酸镁晶须、纳米级铝酸镁胶结剂按要求所需的重量百分比混合均匀，备用。
步骤(3)、混炼：把各原料送入高速混炼机内进行混炼，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、3-5mm、3-0.074mm的高纯镁砂、电熔镁砂和3-5mm、3-0mm的再生废镁砖同时加入混合3.5分钟，然后加入结合剂纸浆混合3分钟，再加入步骤(2)预混好的细粉，混合9分钟，混合均匀后出料，备用。
步骤(4)、成型：称取步骤(3)制备的重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行。
步骤(5)、干燥：将步骤(4)中的成型砖坯置于220℃的温度条件下，干燥24h后，即得砖坯。
步骤(6)、烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，按1500℃高温烧成制度烧成。
步骤(7)拣选、加工及包装：出窑的镁砖无需浸蜡，冷却后经拣选、包装后入成品库。
对比例1的原料按重量分数配比如下：电熔镁砂：5-8mm 5％，3-5mm 10％，3-0.074mm 10％，小于0.074mm15％；高纯镁砂5-8mm 10％，3-5mm 5％，小于0.074mm 18％；再生废镁砖3-5mm 15％，3-0mm 12％；结合剂：外加纸浆3.5％。
本发明实施例1与对比例1相比，本发明基质部分用晶须及纳米级铝酸镁胶结剂取代现有配方中的细粉，其余原料不变，检测性能，见表2。
表2性能检测值。
从检验指标及实际应用来看，制品的性能明显提高，烧成温度降低了80℃，烧成时间缩短了40分钟，降低能源消耗。产品用于公司承包炼钢炉的转炉、电炉永久衬上，拆炉后衬砖完整，可再次利用，节约成本。
实施例2。
本发明实例配方用来生产铁合金矿业炉炉墙高性能镁砖，其原料按重量分数配比如下：电熔镁砂：5-8mm 5％，3-5mm 12％，3-0.074mm 15％，小于0.074mm 10％；高纯镁砂5-8mm 10％，3-5mm 6％，3-0.074mm 5％，小于0.074mm 5％；再生废镁砖3-5mm 5％，3-0.074mm10％；氧化镁晶须10％，硼酸镁晶须4％；结合剂：纳米级铝酸镁胶结剂干粉3％，外加纸浆3％。
所述的晶须复合高性能镁砖的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤(1)、准备骨料：将所述再生废镁砖、电熔镁砂、高纯镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分和磨粉，按需求制成颗粒料或细粉料。
步骤(2)、预混粉制备：将粒度小于0.074mm的电熔镁砂细粉、粒度小于0.074mm高纯镁砂细粉、氧化镁晶须、硼酸镁晶须、纳米级铝酸镁胶结剂按要求所需的重量百分比混合均匀，备用。
步骤(3)、混炼：把各原料送入高速混炼机内进行混炼，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、3-5mm、3-0.074mm的高纯镁砂、电熔镁砂和3-5mm、3-0mm的再生废镁砖同时加入混合3分钟，然后加入结合剂纸浆混合2.5分钟，再加入步骤(2)预混好的细粉，混合8分钟，混合均匀后出料，备用。
步骤(4)、成型：称取步骤(3)制备的重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行。
步骤(5)、干燥：将步骤(4)中的成型砖坯置于195℃的温度条件下，干燥24h后，即得砖坯。
步骤(6)、烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，按1650℃高温烧成制度烧成；
步骤(7)拣选、加工及包装：出窑的镁砖无需浸蜡，冷却后经拣选、包装后入成品库。
对比例2的原料按重量分数配比如下：电熔镁砂：5-8mm 5％，3-5mm 12％，3-0.074mm 15％，小于0.074mm 17％；高纯镁砂5-8mm 10％，3-5mm 6％，3-0.074mm 5％，小于0.074mm 15％；再生废镁砖3-5mm 5％，3-0.074mm 10％；结合剂：外加纸浆3％。
本发明实施例2与对比例2相比，其基质部分用晶须及纳米级铝酸镁胶结剂取代现有配方中的细粉，其余原料不变，检测性能值见表3。
表3性能检测值。
从检验指标及实际应用来看，制品的性能明显提高，烧成温度降低了60℃，烧成时间缩短了40分钟，降低能源消耗。本发明产品用于公司承包的北海承德镍业有限公司合金矿业炉炉墙上，耐热震性、耐浸蚀性好，寿命增长15％左右，效果明显。
实施例3。
本发明实例配方用来生产玻璃窑蓄热室、水泥窑烧成带的高性能镁砖，其原料按重量分数配比如下：电熔镁砂：5-8mm 10％，3-5mm 15％，3-0.074mm 17％，小于0.074mm10％；高纯镁砂5-8mm 5％，3-5mm 5％，3-0.074mm 6％；再生废镁砖3-5mm 5％，3-0.074mm5％；氧化镁晶须15％，硼酸镁晶须4％；结合剂：纳米级铝酸镁胶结剂干粉3％，外加纸浆3％。
所述的晶须复合高性能镁砖的制备方法，具体包括以下步骤。
步骤(1)、准备骨料：将所述再生废镁砖、电熔镁砂、高纯镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分和磨粉，按需求制成颗粒料或细粉料。
步骤(2)、预混粉制备：将粒度小于0.074mm的电熔镁砂细粉、粒度小于0.074mm高纯镁砂细粉、氧化镁晶须、硼酸镁晶须、纳米级铝酸镁胶结剂按要求所需的重量百分比混合均匀，备用。
步骤(3)、混炼：把各原料送入高速混炼机内进行混炼，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、3-5mm、3-0.074mm的高纯镁砂、电熔镁砂和3-5mm、3-0mm的再生废镁砖同时加入混合5分钟，然后加入结合剂纸浆混合1.5分钟，再加入步骤(2)预混好的细粉，混合10分钟，混合均匀后出料，备用。
步骤(4)、成型：称取步骤(3)制备的重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行。
步骤(5)、干燥：将步骤(4)中的成型砖坯置于180℃的温度条件下，干燥24h后，即得砖坯。
步骤(6)、烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，按1650℃高温烧成制度烧成；
步骤(7)拣选、加工及包装：出窑的镁砖无需浸蜡，冷却后经拣选、包装后入成品库。
对比例3的原料按重量分数配比如下：电熔镁砂：5-8mm 10％，3-5mm 15％，3-0.074mm 17％，小于0.074mm 17％；高纯镁砂5-8mm 5％，3-5mm 5％，3-0.074mm 6％，小于0.074mm 15％；再生废镁砖3-5mm 5％，3-0.074mm 5％；结合剂：外加纸浆3％。
本发明实施例3与对比例3相比，其基质部分用晶须及纳米级铝酸镁胶结剂取代现有配方中的细粉，其余原料不变，检测性能值见表4。
表4性能检测值。
从检验指标及实际应用来看，制品的性能明显提高，烧成温度降低了60℃，烧成时间缩短了40分钟，降低能源消耗。本发明产品用于河北某玻璃窑蓄热室及水泥窑上，耐热震性良好、使用寿命长。

Claims (5)

1.一种晶须复合高性能镁砖，其特征在于，其原料按重量分数配比包括：5-8mm电熔镁砂5-10％，3-5cm电熔镁砂10-20％，3-0.074cm电熔镁砂10-20％，小于0.074cm电熔镁砂5-10％；5-8cm高纯镁砂5-10％，3-5cm高纯镁砂5-15％，3-0.074cm高纯镁砂0-10％，小于0.074高纯镁砂5-10％，3-5cm再生废镁砖5-15％，3-0.074cm再生废镁砖5-15％，氧化镁晶须5-15％，朋酸镁晶须1-15％；纳米级铝酸镁胶结剂干粉2-5％和外加纸浆2-5％。
2.如权利要求1所述的晶须复合高性能镁砖的制备方法，其特征在于，其原料配比如下：电熔镁砂：5-8mm 5％，3-5mm 10％，3-0.074mm 10％，小于0.074mm 5％；高纯镁砂5-8mm10％，3-5mm 5％，小于0.074mm 5％；再生废镁砖3-5mm 15％，3-0.074mm 12％；氧化镁晶须10％，硼酸镁晶须8％；结合剂：纳米级铝酸镁胶结剂干粉5％，外加纸浆3.5％。
3.如权利要求1所述的晶须复合高性能镁砖的制备方法，其特征在于，其原料按重量分数配比如下：电熔镁砂：5-8mm 5％，3-5mm 12％，3-0.074mm 15％，小于0.074mm 10％；高纯镁砂5-8mm 10％，3-5mm 6％，3-0.074mm 5％，小于0.074mm 5％；再生废镁砖3-5mm 5％，3-0.074mm 10％；氧化镁晶须10％，硼酸镁晶须4％；结合剂：纳米级铝酸镁胶结剂干粉3％，外加纸浆3％。
4.如权利要求1所述的晶须复合高性能镁砖的制备方法，其特征在于，其原料按重量分数配比如下：电熔镁砂：5-8mm 10％，3-5mm 15％，3-0.074mm 17％，小于0.074mm 10％；高纯镁砂5-8mm 5％，3-5mm 5％，3-0.074mm 6％；再生废镁砖3-5mm 5％，3-0.074mm 5％；氧化镁晶须15％，硼酸镁晶须4％；结合剂：纳米级铝酸镁胶结剂干粉3％，外加纸浆3％。
5.如权利要求1-4任一所述的晶须复合高性能镁砖，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤(1)、准备骨料：将所述再生废镁砖、电熔镁砂、高纯镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分和磨粉，按需求制成颗粒料或细粉料；
步骤(2)、预混粉制备：将粒度小于0.074mm的电熔镁砂细粉、粒度小于0.074mm高纯镁砂细粉、氧化镁晶须、硼酸镁晶须、纳米级铝酸镁胶结剂按要求所需的重量百分比混合均匀，备用；
步骤(3)、混炼：把各原料送入高速混炼机内进行混炼，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、3-5mm、3-0.074mm的高纯镁砂、电熔镁砂同时加入混合3-5分钟，然后加入结合剂纸浆混合1-3分钟，再加入步骤(2)预混好的细粉，混合8-10分钟，混合均匀后出料，备用；
步骤(4)、成型：称取步骤(3)制备的重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行；
步骤(5)、干燥：将步骤(4)中的成型砖坯置于180-220℃的温度条件下，干燥24h后，即得砖坯；
步骤(6)、烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，按1500-1650℃高温烧成制度烧成；
步骤(7)拣选、加工及包装：出窑的镁砖无需浸蜡，冷却后经拣选、包装后入成品库。
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