CN109680119A - 一种再生镁碳造泡沫渣剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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刘航
张文科
吴映江
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Abstract

本发明提供了一种再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法，包括以下步骤：1)破碎：将废弃镁碳砖破碎成粒径小于15mm的颗粒；2)筛分：将步骤1所述颗粒筛分为粒径为5～15mm颗粒和粒径小于5mm的细粉；3)制粒：将步骤2)所述粒径小于5mm的细粉与以粒径小于5mm的细粉计0.5wt％的水混匀，制成粒径为8～12mm球形颗粒；4)混匀：将步骤2)所得粒径为5～15mm颗粒和步骤3)获得的粒径为8～12mm球形颗粒全部混合获得所述再生镁碳造泡沫渣剂。本发明还提供了上述方法制备而成的再生镁碳造泡沫渣剂及其应用。本发明提供一种对废弃镁碳砖有效可行、经济效益显著的回收途径，即将废弃镁碳砖再生利用于电炉造泡沫渣，可以替代电炉氧化镁资源白云石的加入，可以有效回收利用废弃镁碳砖。

Description

一种再生镁碳造泡沫渣剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于耐火材料与钢铁冶金技术交叉域，具体涉及一种再生镁碳造泡沫渣剂及其制备方法和应用。
背景技术
镁碳类耐火材料由于抗渣侵蚀性强、耐热震性及高温抗折性好等优点，广泛用于转炉、电炉和钢包精炼炉等，镁碳砖的广泛使用导致用后固体废弃物数量剧增。据统计，钢厂用后耐火材料中，镁碳类耐火材料占将近60％。回收再利用镁碳耐火材料，不仅能减少固体废弃物排放，又能节约镁砂、石墨等矿物资源，具有重要环保意义和经济效益。
中国专利CN101851103B提出了使用用后镁碳砖回收再利用制备新镁碳砖的方法。然而，该方法要经过严格的挑选，清除钢渣和残钢遗留的颗粒，此外镁碳砖残砖中一般含有Al4C3，其常温易水化，因此再生利用前要进行水化处理，该回收过程会大大增加企业成本，对于企业失去吸引力，不利于废弃镁碳砖的有效再生利用。随着钢铁冶炼工艺对耐火材料要求越来越高，耐材产品必须高质量，也随之影响了这些用后镁碳耐火材料的再生利用。
电炉冶炼过程中，泡沫渣工艺有利于保护电极，减少热损失节约能量，同时有利于减轻炉衬侵蚀延长耐火材料使用寿命，因此具有重要的技术经济意义。传统的泡沫渣工艺要点主要为：首先一般使渣中MgO含量往往略高于饱和线，渣中含有一定量的固溶体(Fe,Mg)O而具有一定的粘度，其次通过向熔池中喷吹碳粉形成CO气体，CO气泡在液渣中缓慢上升从而形成泡沫渣。
发明内容
本发明的目的是在于克服上述回收方法的不足，提供一种对废弃镁碳砖有效可行、经济效益显著的回收途径，即将废弃镁碳砖再生利用于电炉造泡沫渣，可以替代电炉氧化镁资源白云石的加入，部分替代碳粉，不仅可以有效回收利用废弃镁碳砖，而且可以替代白云石和部分碳粉降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法，包括以下步骤：
1)破碎：将废弃镁碳砖破碎成粒径小于15mm的颗粒；
2)筛分：将步骤1所述颗粒筛分为粒径为5～15mm颗粒和粒径小于5mm的细粉；
3)制粒：将步骤2)所述粒径小于5mm的细粉与以粒径小于5mm的细粉计0.5wt％的水混匀，制成粒径为8～12mm球形颗粒；
4)混匀：将步骤2)所得粒径为5～15mm颗粒和步骤3)获得的粒径为8～12mm球形颗粒全部混合获得所述再生镁碳造泡沫渣剂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。
具体的，所述废弃镁碳砖中MgO≥80wt％，以及C≥10wt％。
具体的，所述破碎为使用颚式破碎机进行破碎操作。
具体的，所述步骤3)中制粒为使用压球机进行制粒。
此外，本发明还提供了使用上述再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法生产的再生镁碳造泡沫渣剂。
此外，本发明还提供了一种上述再生镁碳造泡沫渣剂在生产电炉泡沫渣工艺中的应用。
具体的，在传统的电炉造泡沫渣工艺基础上，将上述的再生镁碳造泡沫渣剂替代白云石加入到高温下形成的不同成分的液渣中进行造泡沫渣，从而增加渣中MgO含量，镁碳造泡沫渣剂的适宜加入量为使渣中MgO含量略高于其饱和度(高2％左右)。其中，所述再生镁碳造泡沫渣剂与原工艺中白云石的替换用量比为1:1.5-2.5。即将这种新的再生镁碳造泡沫渣剂应用于电炉泡沫渣工艺中时，传统工艺在使用含MgO为40％的白云石时，每炉再生镁碳造泡沫渣剂加入量根据如下换算：对于电炉渣中增加相同MgO含量，每吨再生镁碳造泡沫渣剂等同于约两吨白云石。
需要说明的是，所得粒径为5～15mm颗粒和步骤3)获得的粒径为8～12mm球形颗粒全部混合获得所述再生镁碳造泡沫渣剂，是指将步骤1)破碎后的全部原料混合，该比例是由前面的原料破碎的结果而定的。所述将上述的再生镁碳造泡沫渣剂替代白云石加入到高温下形成的不同成分的液渣中进行造泡沫渣。所述高温是指原造泡沫渣工艺的温度，具体约为1500～1700℃，液渣成分主要根据不同工艺不同原料决定。
本发明的技术原理：将废弃的镁碳砖制成再生镁碳造泡沫渣剂，投入到电炉后，由于再生镁碳造泡沫渣剂密度为3.5g/cm3，远大于液渣的密度(约在2.6g/cm3～2.9g/cm3范围内)，镁碳造泡沫渣剂会迅速沉入液渣内。其中的碳会快速与电炉熔池渣中FeO反应生成CO气体，产生的CO大大加快MgO在液渣中的传质，从而加快再生镁碳造泡沫渣剂的溶解。同时，溶解的MgO会与液渣中FeO在线反应生成固溶体(Fe，Mg)O，提高液渣的粘度，有利于液渣快速泡沫化，并且可使CO气泡长时间停留在液渣中，增加泡沫渣持续时间。再生镁碳造泡沫渣剂特点在于，氧化镁与碳同时与液渣中FeO反应，同时生成泡沫渣两个必备条件：一是CO气泡，二是使渣具备一定粘度的固溶体(Fe，Mg)O。因此，再生镁碳造泡沫渣剂快速溶解，在线形成泡沫渣条件，大大有利于泡沫渣快速形成并保持一定时间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用废弃镁碳砖制备成再生镁碳造泡沫渣剂，主要成分氧化镁，其次碳。该再生镁碳造泡沫渣剂密度大，可直接在电炉内投加使用，主要有两大益处：第一，其中的碳粉与渣中氧化亚铁快速反应形成气体加快再生镁碳造泡沫渣剂溶解，可替代白云石增加渣中MgO含量，使渣中MgO快速达到饱和，保护耐火材料不被侵蚀；第二，快速反应形成的CO气泡有助于形成泡沫渣，优化泡沫渣工艺，节约能源，降低成本。本发明所制备的有利于电炉泡沫渣工艺的再生镁碳造泡沫渣剂，不仅能够有效的回收利用废弃的镁碳砖，而且能够优化泡沫渣工艺，极大促进了钢铁厂向绿色化发展。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
为了避免重复，先将具体实施方式中所涉及实验过程参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
一种再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法，包括以下步骤：
1)破碎：将废弃镁碳砖破碎成粒径小于15mm的颗粒；
2)筛分：将步骤1所述颗粒筛分为粒径为5～15mm颗粒和粒径小于5mm的细粉；
3)制粒：将步骤2)所述粒径小于5mm的细粉与以粒径小于5mm的细粉计0.5wt％的水混匀，制成粒径为8～12mm球形颗粒；
4)混匀：将步骤2)所得粒径为5～15mm颗粒和步骤3)获得的粒径为8～12mm球形颗粒全部混合获得所述再生镁碳造泡沫渣剂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。
具体的，所述废弃镁碳砖中MgO≥80wt％，以及C≥10wt％。
具体的，所述破碎为使用颚式破碎机进行破碎操作。
具体的，所述步骤3)中制粒为使用压球机进行制粒。
此外，本发明还提供了使用上述再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法生产的再生镁碳造泡沫渣剂。
此外，本发明还提供了一种上述再生镁碳造泡沫渣剂在生产电炉泡沫渣工艺中的应用。
具体的，在传统的电炉造泡沫渣工艺基础上，将上述的再生镁碳造泡沫渣剂替代白云石加入到高温下形成的不同成分的液渣中进行造泡沫渣。其中，所述再生镁碳造泡沫渣剂与原工艺中白云石的替换用量比为1:1.5-2.5。
其中，上述再生镁碳造泡沫渣剂在生产电炉泡沫渣工艺中的应用在高温管式炉内进行，实验温度为1500℃。首先，合成电炉渣，先将CaO、SiO2和Al2O3按照典型电炉渣成分比例混合后在石墨坩埚内预熔制得CaO-SiO2-Al2O3预熔渣，利用Fe粉和Fe2O3粉制备FeO，然后按照电炉渣成分比例将上述CaO-SiO2-Al2O3预熔渣和FeO均匀混合后，放入纯铁坩埚中；然后，升温至1500℃，整个炉内实验过程用氩气气氛保护；保温10min后，利用钼丝测定液渣高度；然后将上述制备的再生镁碳造泡沫渣剂投入到含有液渣的铁坩埚内，按照1:10比例加入，然后利用钼丝每隔1min快速取样，记录泡沫渣升高高度。同时取终渣，利用ICP测定渣中MgO含量。
实施例1
本实施例选取合成的电炉渣成分为w(CaO)＝34.00％，w(SiO2)＝34.00％，w(Al2O3)＝4.00％，w(FeO)＝28.00％。
本实施例泡沫渣在2min开始形成，所检测的泡沫渣升高最大高度为61mm，升高高度在40mm以上的持续时间为18min，最终钢渣中氧化镁含量为9.20％。
实施例2
本实施例选取合成的电炉渣成分为w(CaO)＝40.80％，w(SiO2)＝27.20％，w(Al2O3)＝4.00％，w(FeO)＝28.00％。
本实施例泡沫渣在3min开始形成，所检测的泡沫渣升高最大高度为72mm，升高高度在40mm以上的持续时间为23min，最终钢渣中氧化镁含量为8.80％。
实施例3
本实施例选取合成的电炉渣成分为w(CaO)＝45.33％，w(SiO2)＝22.67％，w(Al2O3)＝4.00％，w(FeO)＝28.00％。
本实施例泡沫渣在3min开始形成，所检测的泡沫渣升高最大高度为80mm，升高高度在40mm以上的持续时间为25min，最终钢渣中氧化镁含量为8.50％。
本发明具体实施方式采用3种不同的典型电炉渣成分配比混合放入纯铁坩埚中，升温至1500℃形成液渣，再将制备好的再生镁碳造泡沫渣剂以造泡沫渣剂：液渣质量比为1：10的比例投入到含有液渣的铁坩埚内。由于再生镁碳造泡沫渣剂密度为3.5g/cm3，远大于液渣的密度(约在2.6g/cm3～2.9g/cm3范围内)，镁碳造泡沫渣剂会迅速沉入液渣内。其中的碳会快速与电炉熔池渣中FeO反应生成CO气体，产生的CO大大加快MgO在液渣中的传质，从而加快再生镁碳造泡沫渣剂的溶解，同时，溶解的MgO会与液渣中FeO在线反应生成固溶体(Fe，Mg)O，提高液渣的粘度，有利于液渣快速泡沫化，并且可使CO气泡长时间停留在液渣中，增加泡沫渣持续时间。再生镁碳造泡沫渣剂特点在于，氧化镁与碳同时与液渣中FeO反应，同时生成泡沫渣两个必备条件：一是CO气泡，二是使渣具备一定粘度的固溶体(Fe，Mg)O。因此，再生镁碳造泡沫渣剂快速溶解，在线形成泡沫渣条件，大大有利于泡沫渣快速形成并保持一定时间。
本发明具体实施方式1-3中加入的再生镁碳造泡沫渣剂均能在10分钟内快速溶解，液渣粘度明显提高，泡沫渣形成快，高度高，持续时间长。所以用这种制备的再生镁碳造泡沫渣剂替代传统的白云石应用于电炉泡沫渣工艺中，不仅能够有效的回收利用废弃的镁碳砖，而且能够优化泡沫渣工艺，极大促进了钢铁厂向绿色化发展。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)破碎：将废弃镁碳砖破碎成粒径小于15mm的颗粒；
2)筛分：将步骤1所述颗粒筛分为粒径为5～15mm颗粒和粒径小于5mm的细粉；
3)制粒：将步骤2)所述粒径小于5mm的细粉与以粒径小于5mm的细粉计0.5wt％的水混匀，制成粒径为8～12mm球形颗粒；
4)混匀：将步骤2)所得粒径为5～15mm颗粒和步骤3)获得的粒径为8～12mm球形颗粒全部混合获得所述再生镁碳造泡沫渣剂。
2.根据权利要求1所述的一种再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法，其特征在于：所述废弃镁碳砖中MgO≥80wt％，以及C≥10wt％。
3.根据权利要求1所述的一种再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法，其特征在于：所述破碎为使用颚式破碎机进行破碎操作。
4.根据权利要求1所述的一种再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中制粒为使用压球机进行制粒。
5.一种再生镁碳造泡沫渣剂，其特征在于，其使用如权利要求1-4任一项所述的一种再生镁碳造泡沫渣剂的制备方法制备而成。
6.一种如权利要求5所述再生镁碳造泡沫渣剂在生产电炉泡沫渣工艺中的应用。
7.根据权利要求6所述的一种再生镁碳造泡沫渣剂在生产电炉泡沫渣工艺中的应用，其特征在于：在传统的电炉造泡沫渣工艺基础上，将上述的再生镁碳造泡沫渣剂替代白云石加入到高温下形成的不同成分的液渣中进行造泡沫渣。
8.根据权利要求6所述的一种再生镁碳造泡沫渣剂在生产电炉泡沫渣工艺中的应用，其特征在于：所述再生镁碳造泡沫渣剂与原工艺中白云石的替换用量比为1:1.5-2.5。
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郭新亮: "《实现电炉废弃物循环利用的实践和分析》", 《工业加热》 *

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