CN108191439A - 一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖及其制备方法 - Google Patents

一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖，由以下质量分数的组分制成：＞3mm且≤6mm的电熔镁砂：15～20％；＞1mm且≤3mm的电熔镁砂：20～30％；＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂：15～20％；200目电熔镁砂：10～12％；5μm活性氧化铝微粉：3～5％；200目电熔尖晶石粉：5～8％；≤45μm钛白粉：3～5％；鳞片石墨：5～8％；抗氧化剂：4～5％；酚醛树脂：3～4％；上述原料总量为100％。本发明其基质部分能在高温下形成高熔点物相，以提高制品高温耐火性能；还引入TiO2，提高耐火砖耐高温性能、抗冲刷性能和挂渣性能。本发明还提供一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖的制备方法。

Description

一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖及其制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，尤其涉及一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖及其制备方法。
背景技术
攀钢高炉渣中含TiO2 21％～25％，年排放量700多万吨，目前攀钢大力开展利用高炉渣高温碳化、低温氯化的工艺路线提取钛的研究，并修建了年产2.6万吨的中试线，下步将全面实现产业化。
其中高温碳化工序采用电炉进行冶炼，冶炼和出渣温度1600～1700℃，冶炼时由于会添加大量还原剂，且盖有炉盖，因此冶炼过程中基本为还原气氛，冶炼后由于需要去承接高炉渣和维护渣口，整个炉体均暴露在空气中，且热损失明显，因此这一时段电炉为氧化气氛，此两种气氛交替进行，炉体温度骤冷骤热。其次，由于碳化炉的冶炼主要是将高炉渣中的TiO2还原为TiC的过程，整个熔渣碱度较低，一般在1.0左右，渣对耐火材料的侵蚀渗透性较弱。此外，电炉炉衬在冶炼过程中，不仅要承受强烈的高温作用，而且还要承受炉料、高温炉气、熔融铁水和高温炉渣的物理、化学侵蚀和机械冲刷作用。目前电炉工作层主要采用传统的电炉镁碳砖，使用中存在侵蚀快、不挂渣、寿命低、耐材成本消耗高等问题，严重制约了该项目的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖及其制备方法，本发明中的耐火砖高温强度高、耐磨性好、侵蚀速率低、可挂渣、使用寿命长。
本发明提供一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖，由以下质量分数的组分制成：
＞3mm且≤6mm的电熔镁砂：15～20％；
＞1mm且≤3mm的电熔镁砂：20～30％；
＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂：15～20％；
200目电熔镁砂：10～12％；
5μm活性氧化铝微粉：3～5％；
200目电熔尖晶石粉：5～8％；
≤45μm钛白粉：3～5％；
鳞片石墨：5～8％；
抗氧化剂：4～5％；
酚醛树脂：3～4％；
上述原料总量为100％。
优选的，所述活性氧化铝微粉具有以下质量分数的成分：
SiO2：0.19％；Al2O3：99.11％；Fe2O3:0.21％；CaO：0.18％，余量为不可避免的杂质。
优选的，所述电熔尖晶石具有以下质量分数的组分：
Al2O3：71.02％；Fe2O3:0.26％；MgO：28.06％，余量为不可避免的杂质。
优选的，所述＞3mm且≤6mm的电熔镁砂、＞1mm且≤3mm的电熔镁砂、＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂和200目电熔镁砂成分相同，具有以下质量分数的组分：
SiO2：0.68％；Fe2O3:0.38％；CaO：0.4％；MgO：98.46％，余量为不可避免的杂质。
优选的，所述＞3mm且≤6mm的电熔镁砂的质量分数为17～18％。
优选的，所述＞1mm且≤3mm的电熔镁砂的质量分数为25～27％。
优选的，所述＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂的质量分数为17～18％。
优选的，所述抗氧化剂为金属铝、碳化硼和金属硅中的一种或几种。
本发明提供一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖的制备方法，包括以下步骤：
A)以质量分数计，将10～12％的200目电熔镁砂、3～5％的5μm活性氧化铝微粉、5～8％的200目电熔尖晶石粉、3～5％的≤45μm钛白粉、4～5％的抗氧化剂和3～4％的酚醛树脂混合，出料备用；
B)将15～20％的＞3mm且≤6mm的电熔镁砂、20～30％的＞1mm且≤3mm的电熔镁砂和15～20％的＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂混炼2～3min，然后加入有机结合剂，再加入5～8％的鳞片石墨，混碾5～10min，最后加入所述步骤A)中的混合物料，混碾5～10min后出料；
C)将所述步骤B)中的混合物料进行制砖，自然养护24小时以上，进行干燥，得到高炉渣高温碳化电炉用耐火砖。
优选的，所述干燥的温度为180～220℃；
所述干燥的时间为24～30小时。
本发明提供了一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖，由以下质量分数的组分制成：＞3mm且≤6mm的电熔镁砂：15～20％；＞1mm且≤3mm的电熔镁砂：20～30％；＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂：15～20％；200目电熔镁砂：10～12％；5μm活性氧化铝微粉：3～5％；200目电熔尖晶石粉：5～8％；≤45μm钛白粉：3～5％；鳞片石墨：5～8％；抗氧化剂：4～5％；酚醛树脂：3～4％；上述原料总量为100％。本发明采用高熔点、高强度的电熔镁砂和氧化铝、镁铝尖晶石等耐火原料，其基质部分能在高温下形成高熔点物相，以提高制品高温耐火性能。由于TiC熔点较高，能够达到3150℃，而碳化炉的最终产品也是形成碳化钛渣，因此还引入TiO2，通过使用过程中的高温还原反应TiO2(s)+3C(s)＝TiC(s)+2CO(g)，在耐火材料中形成TiC物相，利用其高熔点、高强度、优良的化学稳定性和耐磨性能，提高耐火砖耐高温性能、抗冲刷性能和挂渣性能，起到保护炉衬和延缓炉衬熔损的作用。
具体实施方式
本发明提供了一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖，由以下质量分数的组分制成：
＞3mm且≤6mm的电熔镁砂：15～20％；
＞1mm且≤3mm的电熔镁砂：20～30％；
＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂：15～20％；
200目电熔镁砂：10～12％；
5μm活性氧化铝微粉：3～5％；
200目电熔尖晶石粉：5～8％；
≤45μm钛白粉：3～5％；
鳞片石墨：5～8％；
抗氧化剂：4～5％；
酚醛树脂：3～4％；
上述原料总量为100％。
为了篇幅的简洁，下文中将＞3mm且≤6mm的电熔镁砂简称为6～3mm电熔镁砂，将＞1mm且≤3mm的电熔镁砂简称为3～1mm电熔镁砂，将＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂简称为1～0.074电熔镁砂。
在本发明中，所述电熔镁砂为不同粒度的电熔镁砂的混合物，具体如下：
6～3mm电熔镁砂：15～20％，优选为17～18％；3～1mm电熔镁砂：20～30％，优选为25～27％；1～0.074mm电熔镁砂：15～20％，优选为17～18％；200目电熔镁砂：10～12％。
其中，6～3mm电熔镁砂、3～1mm电熔镁砂和1～0.074mm电熔镁砂为颗粒骨料。
所述200目电熔镁砂中，粒径在200目以上占200目电熔镁砂质量百分比为90％以上；所述200目电熔镁砂可以是镁砂晶破碎机破碎后采用筒磨或其他粉末设备磨制成细粉。
上述不同粒度的电熔镁砂成分相同，均为以下质量分数的成分：
SiO2：0.68％；Fe2O3:0.38％；CaO：0.4％；MgO：98.46％，余量为不可避免的杂质。
所述电熔镁砂的体积密度优选为3.5g/cm-3；所述电熔镁砂的吸水率优选为0.5％。
在本发明中，所述活性氧化铝微粉的质量分数优选为3～5％，更优选为4％；所述活性氧化铝微粉的粒径优选≤5μm；所述活性氧化铝微粉的成分如下：
SiO2：0.19％；Al2O3：99.11％；Fe2O3:0.21％；CaO：0.18％，余量为不可避免的杂质。
在本发明中，所述电熔尖晶石粉的质量分数优选为5～8％，更优选为6～7％；所述电熔尖晶石粉具有以下成分：
Al2O3：71.02％；Fe2O3:0.26％；MgO：28.06％，余量为不可避免的杂质。
在本发明中，所述钛白粉的质量分数为3～5％，更优选为4％，所述钛白粉中TiO2的质量百分含量为99.36％。
在本发明中，所述鳞片石墨的质量分数优选为5～8％，更优选为6～7％；所述鳞片石墨中碳的质量百分含量为98.12％。
在本发明中，所述抗氧化剂优选金属铝、碳化硼和金属硅中的一种或几种；具体的，可以是以下配比：金属铝和碳化硼质量比为3:2的混合物，金属铝的碳化硼质量比为3：1的混合物或者是金属铝、金属硅和碳化硼质量比3:1：1的混合物。
本发明还提供了一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖的制备方法，包括以下步骤：
A)以质量分数计，将10～12％的200目电熔镁砂、3～5％的5μm活性氧化铝微粉、5～8％的200目电熔尖晶石粉、3～5％的≤45μm钛白粉、4～5％的抗氧化剂和3～4％的酚醛树脂混合，出料备用；
B)将15～20％的6～3mm电熔镁砂、20～30％的3～1mm电熔镁砂和15～20％的1～0.074mm电熔镁砂加入步骤A)中的混合物料中混炼2～3min，然后加入有机结合剂，再加入5～8％的鳞片石墨，混碾5～10min，出料；
C)将所述步骤B)中的混合物料进行制砖，自然养护24小时以上，进行干燥，得到高炉渣高温碳化电炉用耐火砖。
在本发明中，各原料的种类、来源和用量与上文中各原料的种类、来源和用量一致，在此不再赘述。
将鳞片石墨以外的细粉按比例投入预混机混和10～15分钟后，出料备用；
再将三种镁砂颗粒骨料按比例倒入高速混碾机，混炼2～3分钟后加入有机结合剂对骨料进行润湿，继续混碾2～3分钟，加入鳞片石墨混碾3～5分钟，最后加入预混好的混合粉料充分混碾5～10分钟出料，采用630吨以上压砖机进行制砖，制好的砖自然养护24小时以上，经180～220℃干燥24小时以上拣选装包。
本发明提供了一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖，由以下质量分数的组分制成：6～3mm电熔镁砂：15～20％；3～1mm电熔镁砂：20～30％；1～0.074mm电熔镁砂：15～20％；200目电熔镁砂：10～12％；5μm活性氧化铝微粉：3～5％；200目电熔尖晶石粉：5～8％；≤45μm钛白粉：3～5％；鳞片石墨：5～8％；抗氧化剂：4～5％；酚醛树脂：3～4％；上述原料总量为100％。本发明采用高熔点、高强度的电熔镁砂和氧化铝、镁铝尖晶石等耐火原料，其基质部分能在高温下形成高熔点物相，以提高制品高温耐火性能。由于TiC熔点较高，能够达到3150℃，而碳化炉的最终产品也是形成碳化钛渣，因此还引入TiO2，通过使用过程中的高温还原反应TiO2(s)+3C(s)＝TiC(s)+2CO(g)，在耐火材料中形成TiC物相，利用其高熔点、高强度、优良的化学稳定性和耐磨性能，提高耐火砖耐高温性能、抗冲刷性能和挂渣性能，起到保护炉衬和延缓炉衬熔损的作用。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖及其制备方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例所用原料的理化指标见表1，
表1本发明实施例1～4和比较例1中原料的理化指标
实施例1
本实施例采用表2中的原料配比；
将鳞片石墨以外的细粉按比例投入预混机混和10分钟后，出料备用；
再将三种镁砂颗粒骨料按比例倒入高速混碾机，混炼2分钟后加入有机结合剂对骨料进行润湿，继续混碾2分钟，加入鳞片石墨混碾3分钟，最后加入预混好的混合粉料充分混碾5分钟出料，采用630吨以上压砖机进行制砖，制好的砖自然养护24小时以上，经180℃干燥24小时以上拣选装包。
实施例2
本实施例采用表2中的原料配比；
将鳞片石墨以外的细粉按比例投入预混机混和12分钟后，出料备用；
再将三种镁砂颗粒骨料按比例倒入高速混碾机，混炼3分钟后加入有机结合剂对骨料进行润湿，继续混碾3分钟，加入鳞片石墨混碾4分钟，最后加入预混好的混合粉料充分混碾7分钟出料，采用630吨以上压砖机进行制砖，制好的砖自然养护24小时以上，经200℃干燥24小时以上拣选装包。
实施例3
本实施例采用表2中的原料配比；
将鳞片石墨以外的细粉按比例投入预混机混和13分钟后，出料备用；
再将三种镁砂颗粒骨料按比例倒入高速混碾机，混炼2分钟后加入有机结合剂对骨料进行润湿，继续混碾2分钟，加入鳞片石墨混碾5分钟，最后加入预混好的混合粉料充分混碾8分钟出料，采用630吨以上压砖机进行制砖，制好的砖自然养护24小时以上，经210℃干燥24小时以上拣选装包。
实施例4
本实施例采用表2中的原料配比；
将鳞片石墨以外的细粉按比例投入预混机混和15分钟后，出料备用；
再将三种镁砂颗粒骨料按比例倒入高速混碾机，混炼3分钟后加入有机结合剂对骨料进行润湿，继续混碾3分钟，加入鳞片石墨混碾5分钟，最后加入预混好的混合粉料充分混碾10分钟出料，采用630吨以上压砖机进行制砖，制好的砖自然养护24小时以上，经220℃干燥24小时以上拣选装包。
比较例1
本比较例采用表2中的原料配比；
将鳞片石墨以外的细粉按比例投入预混机混和10分钟后，出料备用；
再将三种镁砂颗粒骨料按比例倒入高速混碾机，混炼2分钟后加入有机结合剂对骨料进行润湿，继续混碾2分钟，加入鳞片石墨混碾3分钟，最后加入预混好的混合粉料充分混碾5分钟出料，采用630吨以上压砖机进行制砖，制好的砖自然养护24小时以上，经180℃干燥24小时以上拣选装包。
表2本发明实施例1～4和比较例1的原料配比
表3本发明实施例1～4和比较例1中耐火砖的测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖，由以下质量分数的组分制成：
＞3mm且≤6mm的电熔镁砂：15～20％；
＞1mm且≤3mm的电熔镁砂：20～30％；
＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂：15～20％；
200目电熔镁砂：10～12％；
5μm活性氧化铝微粉：3～5％；
200目电熔尖晶石粉：5～8％；
≤45μm钛白粉：3～5％；
鳞片石墨：5～8％；
抗氧化剂：4～5％；
酚醛树脂：3～4％；
上述原料总量为100％。
2.根据权利要求1所述的耐火砖，其特征在于，所述活性氧化铝微粉具有以下质量分数的成分：
SiO2：0.19％；Al2O3：99.11％；Fe2O3:0.21％；CaO：0.18％，余量为不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的耐火砖，其特征在于，所述电熔尖晶石具有以下质量分数的组分：
Al2O3：71.02％；Fe2O3:0.26％；MgO：28.06％，余量为不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的耐火砖，其特征在于，所述＞3mm且≤6mm的电熔镁砂、＞1mm且≤3mm的电熔镁砂、＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂和200目电熔镁砂成分相同，具有以下质量分数的组分：
SiO2：0.68％；Fe2O3:0.38％；CaO：0.4％；MgO：98.46％，余量为不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述的耐火砖，其特征在于，所述＞3mm且≤6mm的电熔镁砂的质量分数为17～18％。
6.根据权利要求1所述的耐火砖，其特征在于，所述＞1mm且≤3mm的电熔镁砂的质量分数为25～27％。
7.根据权利要求1所述的耐火砖，其特征在于，所述＞0.074mm且≤1mm电熔镁砂的质量分数为17～18％。
8.根据权利要求1所述的耐火砖，其特征在于，所述抗氧化剂为金属铝、碳化硼和金属硅中的一种或几种。
9.一种高炉渣高温碳化电炉用耐火砖的制备方法，包括以下步骤：
A)以质量分数计，将10～12％的200目电熔镁砂、3～5％的5μm活性氧化铝微粉、5～8％的200目电熔尖晶石粉、3～5％的≤45μm钛白粉、4～5％的抗氧化剂和3～4％的酚醛树脂混合，出料备用；
B)将将15～20％的＞3mm且≤6mm的电熔镁砂、20～30％的＞1mm且≤3mm的电熔镁砂和15～20％的＞0.074mm且≤1mm的电熔镁砂混炼2～3min，然后加入有机结合剂，再加入5～8％的鳞片石墨，混碾5～10min，最后加入所述步骤A)中的混合物料，混碾5～10min后出料；
C)将所述步骤B)中的混合物料进行制砖，自然养护24小时以上，进行干燥，得到高炉渣高温碳化电炉用耐火砖。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为180～220℃；
所述干燥的时间为24～30小时。
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