CN109608175B - 一种有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的炉壁口位置，所述耐火材料的组成成分为：电熔铬刚玉、氧化铬和凝胶结合剂。本发明使用电熔铬刚玉、氧化铬作为原料，降低了MgO的含量，使得耐火材料中发生的关于MgO的溶解以及后续的分解反应大大减少，减少了相关热反应，避免了耐火材料结构被频繁地反应破坏。电熔铬刚玉使得耐火材料高温性能优良，热震稳定性较好，抗侵蚀能力较好。氧化铬的加入使得耐火材料抗渗透的能力。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，具体为一种有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料及其制备方法。
背景技术
我国是有色金属生产大国，随着我国的交通、能源、建筑、机电、通讯、汽车、家用电器等的发展之快及我国周边国家像日本和韩国 资源贫乏国家需要进口大量有色金属，各种类型的复合材料、合金、超薄铜板、管材及化工产品有着广泛的国内外市场，产能不断扩大，随之产生的一系列如：技术老化、设备陈旧、能耗高、成本高、环境污染严重、矿山资源紧张、回收率低等问题亟需解决。特别是随着电子产品的快速迭代，我国正迈入电子产品报废高峰期。面对逐年扩张的电子废物规模，一方面，海量电子垃圾泛滥造成的环境污染日益侵蚀人们的生存空间，另一方面，游商游贩遍地开花，粗放的作坊式电子垃圾处理市场野蛮生长，二噁英等剧毒、有毒有害成分对于大气、土壤、地下水等污染严重，而且提取贵金属工艺，贵金属回收率低，是国家明令禁止的淘汰工艺。如何合理有效的处置及回收电子垃圾—“城市矿产”，实现灰色产业转向绿色经济，是制约有色行业发展的技术瓶颈。
世界最有效的无害的处理方法，现有日本、比利时等国家的再生企业具有先进的处理技术和装备，其技术世界领先。中国依然采用传统方法，简单，原始、落后，国内尚无有效的先进的无污染处理技术。国内一直是引进国外日本、比利时的熔炼炉，其炉衬材料使用寿命为1个多月，有的甚至更短。为了推动有色行业的快速发展，提高有色金属冶炼工艺水平，结合目前有色冶金过程的强化(强化冶炼的比重加大)对耐火材料的使用性能要求，本项目主要就提升有色冶炼特殊和关键、苛刻部位的材料品质，延长高温窑炉炉衬使用寿命，以实现生产过程更加绿色环保展开技术研究。
国内某有色院自行设计的NRTS炉是中国首座电子垃圾熔融-精炼炉，可有效处理电子废料、工业废渣、低品位杂铜和阳极泥等废物料，且稀贵金属回收率较高，其熔炼技术超过国外水平。但是由于苛刻的熔炼环境，要求内衬材料必须有较强的耐酸碱性、抗高温及耐金属渣侵蚀性强等特性，因此，现用材料寿命较低，已无法满足正常使用。因此，亟需研制一种节能环保型先进电子垃圾和有色固废熔炼-精炼炉用高性能、长寿命系列多复合尖晶石高温炉衬材料。
有色冶炼熔炉炉壁口是熔炉温度最高的部位，热震剧烈，充满酸碱气氛，易被渗透、侵蚀，工况较为复杂，对内衬耐火材料的要求极为苛刻。传统耐火材料多使用固相烧结制得镁铬质、镁铝质耐火材料。传统镁铬质耐火材料具有抗渗透，抗侵蚀特性，但热震稳定性差，且易生成Cr6+，对环境造成污染。传统镁铝质耐火材料具有良好的抗冲刷能力，但无法较好地应对酸碱气氛的渗透与侵蚀。同时镁铬质、镁铝质耐火材料中的MgO 可能会与炉渣发生较多副反应，破坏耐火材料结构。因此需要针对传统耐火材料在抗渗透、抗侵蚀、热震稳定能力等方面出现的问题给出新的解决方案。
专利申请号为CN201210257706.7的发明专利授权了一种有色重金属冶炼用复合尖晶石锆耐火材料。该发明将刚玉砂、镁铬砂、镁铝尖晶石砂、镁砂、铬绿、二氧化锆混合，加入结合剂磷酸二氢铝，采用液压机成型，高温隧道窑烧成复合尖晶石锆耐火材料。该发明在基质部分引入了ZrO2改变了晶相，产生细微的裂纹提高了耐火材料的热震稳定性。但二氧化锆含量不易控制，含量过高时会使晶间裂纹变大，当到达一定程度时，耐火材料的热震稳定性反而会大大降低，含量过低又无法起到提高热震稳定性的作用。
专利申请号为CN201710580820.6的发明专利公开了一种铜复合高性能镁铬砖及其制造方法。该方法将不同粒度的铜复合镁铬合成砂、电熔镁铬砂、电熔镁砂、铬精矿混合，采用亚硫酸废纸浆液作为结合剂，制砖烧成，最后置于CuSO4溶液进行真空浸渍处理，干燥制得成品。该发明使用 CuSO4溶液对耐火材料进行真空浸渍处理，使用温度下CuSO4开始分解，生成CuO，在工作温度下，CuO呈熔融态，封闭了气孔，阻止酸碱气氛向耐火材料内部渗透，从而保护了耐火材料内部结构。但由CuO形成的 CuO-Cu2O氧化还原体系会不断在耐火材料内部进行反应，容易易破坏耐火材料内部结构。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明要解决的第一个技术问题是提供一种有色冶炼熔炉炉壁口耐火材料。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种有色冶炼熔炉炉壁口耐火材料的制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的炉壁口位置，所述耐火材料的组成成分为：电熔铬刚玉、氧化铬和凝胶结合剂。
为了进一步改进技术方案，本发明所述耐火材料的组成成分按重量份数为：电熔铬刚玉90～95份；氧化铬5～8份；凝胶结合剂5～6份。
为了进一步改进技术方案，本发明所述结合剂结合剂为白糊粉调和液与水的混合物，其中白糊粉调和液与水的质量比例为7：3。
为了进一步改进技术方案，本发明所述电熔铬刚玉和氧化铬的粒度分布区间为：5～3mm、3～1mm、1～0.1mm、180目以下和325目以下。
为了进一步改进技术方案，本发明所述电熔铬刚玉和氧化铬的粒度以以下及质量占比分配：
粒度5～3mm占电熔铬刚玉和氧化铬总粒度质量比的25％；
粒度3～1mm占电熔铬刚玉和氧化铬总粒度质量比的30％；
粒度1～0.1mm占电熔铬刚玉和氧化铬总粒度质量比的10％；
粒度180目以下的细粉占电熔铬刚玉和氧化铬总粒度质量比的 20％；
粒度325目以下的细粉占电熔铬刚玉和氧化铬总粒度质量比的 15％。
一种有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料的制备方法，将电熔铬刚玉和氧化铬按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加质量比为7：3的白糊粉调和液与水的混合物调和的结合剂，以400T～630T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在200～250℃的温度环境下干燥48h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明使用电熔铬刚玉、氧化铬作为原料，降低了MgO的含量，使得耐火材料中发生的关于MgO的溶解以及后续的分解反应大大减少，减少了相关热反应，避免了耐火材料结构被频繁地反应破坏。
电熔铬刚玉使得耐火材料高温性能优良，热震稳定性较好，抗侵蚀能力较好。氧化铬的加入使得耐火材料抗渗透的能力。由于本技术方案中的耐火材料需要烧成，因此使用暂时性的结合剂：白糊粉调和液以及水，这种有机结合剂原料易得、成本低廉，不仅能够促进各种物料间的相互渗透，使耐火材料更为致密，且经过烧成，结合剂就会分解消失，在废弃时，不会对环境产生任何污染。
通过《GB/T 2997致密定形耐火制品体积密度、显气孔率和真气孔率试验方法》、《GB/T 30873耐火材料抗热震性试验方法》给出的测试方法进行测试，发现本技术方案制得的有色冶炼熔化熔炉液线下方炉壁用耐火材料的显气孔率≤20％，说明耐火材料具有良好的抗渗透、抗侵蚀性能，1100℃后水冷条件下的抗热震性≥8次，表明耐火材料具有良好的抗热震性能。通过本技术方案制得的耐火材料很好地满足了有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料的使用要求，使得使用寿命大大延长，避免了频繁修补、更换炉衬，节省了大量人力、财力，对于处理电子垃圾，促进有色冶炼发展具有重大意义。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
实施例一
将90份电熔铬刚玉和5份氧化铬按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加90份电熔铬刚玉和5份质量比为7：3的白糊粉调和液与水的混合物结合剂，以400T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在200℃的温度环境下干燥48h。
实施例二
将92份电熔铬刚玉和6份氧化铬按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加5份质量比为7：3的白糊粉调和液与水的混合物结合剂，以480T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在250℃的温度环境下干燥48h。
实施例三
将94份电熔铬刚玉和7份氧化铬按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加5.5份质量比为7：3的白糊粉调和液与水的混合物结合剂，以500T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在240℃的温度环境下干燥48h。
实施例四
将95份电熔铬刚玉和8份氧化铬按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加6份质量比为7：3的白糊粉调和液与水的混合物结合剂，以630T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在250℃的温度环境下干燥48h。
上述实施例一～实施例四的组分重量份数如表1所示：
表1实施例一～实施例四中的组分重量份
| 组分 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 |
| 电熔铬刚玉 | 90 | 92 | 94 | 95 |
| 氧化铬 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 凝胶结合剂 | 5 | 5 | 5.5 | 6 |
上述实施例一～实施例四中的有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料的主要技术指标如表2所示：
表2实施例一～实施例四的理化指标
本发明未详述部分为现有技术。
Claims (2)
1.一种有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料，适用于有色冶炼熔化熔炉的炉壁口位置，其特征是：所述耐火材料的组成成分为：电熔铬刚玉、氧化铬和凝胶结合剂，所述凝胶结合剂为白糊粉调和液与水的混合物，其中白糊粉调和液与水的质量比例为7：3；
所述耐火材料的组成成分按重量份数为：电熔铬刚玉90~95份；氧化铬5~8份；凝胶结合剂5~6份。
2.一种如权利要求1所述的有色冶炼熔化熔炉炉壁口用耐火材料的制备方法，其特征是：将电熔铬刚玉和氧化铬按照粒度组成，按照先粗后细的原则，先在湿碾机里干混，待颗粒与细粉混合均匀后加质量比为7：3的白糊粉调和液与水的混合物调和的结合剂，以400T~630T的压力压制，成型为砖坯，将所得砖坯置于干燥器中，在200~250℃的温度环境下干燥48h。
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