CN109851240B - 一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备方法，包含高活性MgO的制备和电弧炉熔炼两个步骤，即在制备高活性氧化镁粉过程中，加入3‑8％的碳酸钠溶液，之后向制备出的高活性氧化镁粉中加入高纯石墨粉作为还原剂，再经设备成球，成球后通过全自动电熔电弧炉进行熔炼，经过冷却结晶，最后破碎挑选成品。本发明通过添加碳酸钠溶液，有效降低了熔点，降低煅烧温度，节约能量；而且碳酸钠与杂质二氧化硅反应能够生成硅酸钠和二氧化碳，能够有效去除菱镁矿中的二氧化硅杂质，提高氧化镁的含量；产品中MgO含量达到了99.90％以上，钙硅比达到了2.30以上，具有良好的高温耐火性和高温抗冲刷性，能够作为优质高级耐火材料应用于航天、电子、钢铁、冶金等行业。

Description

一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备方法
技术领域
本发明涉及电熔镁砂生产技术领域，具体是一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备方法。
背景技术
大结晶电熔镁砂外观为透明晶体，在电熔镁砂领域中为高端产品，被应用在冶金航天工业，核工业，远红外接收器，超导材料的基片材料及高温视窗等领域。
现有的高纯电熔镁砂熔炼大多直接采用天然菱镁矿或者轻烧氧化镁直接在三相电弧炉中进行熔炼，出炉冷却后即为电熔镁砂。这种电熔镁砂的化学成分大致如下：w(MgO)96-97％、w(CaO)1-1.5％、w(SiO2)1-2.5％、w(Fe2O3)≤0.5％、w(Al2O3)≤0.5％。现行电熔镁砂熔炼方法存在的缺点主要有：(1)熔炼时间长：现有工艺为了得到更高纯度、更大晶粒尺寸的大结晶电熔镁砂，只是不断地提高电熔时间，延长保温时间等，这种做法需要消耗更多的电能，长时间熔炼会产生更多的CO2和粉尘污染环境；(2)添加碎电极作为还原剂：现有工艺用碎电极作为还原剂，碎电极不易破碎，粒度不均匀且没有石墨化，其灰分、挥发分、杂质含量均为较高。在生产过程中添加量不准确，添加过多使炉内还原气氛太浓，不能充分燃烧造成能源浪费，添加量过少使炉内还原气氛不充足，不能将Fe2O3还原使电熔镁砂染成粉红色，影响电熔镁砂的产出率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种低硅高钙、晶粒尺寸大且透明的大结晶电熔镁砂的制备方法。现在，航天材料、电子材料等领域对于电熔镁砂的纯度要求较高，已有很多世界级产品对镁砂的纯度提出了较高的要求，要求氧化镁的含量达到99.9％以上，而现有技术很难达到此要求。
为解决上述问题，本发明所述的一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备方法，包含高活性MgO的制备和电弧炉熔炼两个步骤，具体为：
(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45％的菱镁矿为原料，置于轻烧窑中在900-1100℃下持续煅烧4小时，在煅烧过程中均匀加入Na2CO3溶液，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200-300目，即可得到的高活性MgO粉末；
(2)电弧炉熔炼：向所述高活性MgO粉末中加入高纯石墨粉作为还原剂，搅拌均匀并压球后，置于全自动电熔电弧炉中在2800-3200℃下持续通电熔炼5-8小时，熔炼结束进行保温冷却结晶，然后经分级破碎即可得到低硅高钙大结晶电熔镁砂。
进一步，所述Na2CO3溶液的浓度为5-20％，其添加量为所述菱镁矿重量的3-8％。
进一步，所述高纯石墨粉的添加量为所述高活性MgO粉末重量的1-5％。
进一步，熔炼过程中要不断地向所述全自动电熔电弧炉内加料，同时调整电流、电压，炉体采用循环淋水对其进行降温保护炉体安全，一炉电熔镁砂熔炼好后，将电熔镁砂坨进行保温冷却6-10天，最后经过分级破碎、拣选出大结晶电熔镁砂。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明在制备高活性氧化镁的过程中添加了少量的碳酸钠溶液，不仅能够有效降低熔点，降低煅烧温度，节约能量；而且碳酸钠与杂质二氧化硅反应能够生成硅酸钠和二氧化碳，其中二氧化碳在煅烧过程中将全部逸出，硅酸钠将随着温度的升高而升华，能够有效去除菱镁矿中的二氧化硅杂质，提高氧化镁的含量。
(2)碳酸钠的加入时机对于产品的纯度、高温耐火性以及高温抗冲刷性均具有比较重要的作用。在MgO煅烧过程中添加碳酸钠，有利于二氧化碳的充分逸出，也使得硅酸钠更充分的升华，从而使得产品的纯度更高，产品的高温耐火性和高温抗冲刷性更好。若在煅烧后添加，则会有部分二氧化硅或硅酸钠包埋在氧化镁固体内部难以去除，使得产品纯度较低。
(3)本发明采用高纯石墨粉作为还原剂，粒度均匀、纯度高，添加量易控制，有效克服了现有技术中采用碎电极存在的杂质含量高、纯度低等诸多问题，能够有效保证电熔镁砂的产出率，具有显著的市场推广价值。同时石墨粉的添加量对于纯度、高温耐火性以及高温抗冲刷性均具有比较大的影响，本发明确定了合适的添加量以提高纯度、高温耐火性以及高温抗冲刷性。
(4)本发明电熔镁砂产出率高，且所得的电熔镁砂产品纯度高，MgO含量达到了99.90％以上，且钙硅比达到了2.30以上，与同类产品相比，具有良好的高温耐火性和高温抗冲刷性，能够作为优质高级耐火材料应用于航天、电子、钢铁、冶金等行业。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚，但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备
(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45％的菱镁矿1000kg，置于轻烧窑中在900℃下持续煅烧4小时，在煅烧过程中均匀加入浓度为5％的Na2CO3溶液80kg，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200-300目，即可得到的高活性MgO粉末；
(2)电弧炉熔炼：取高活性MgO粉末900kg，并加入高纯石墨粉9kg作为还原剂，搅拌均匀并压球后置于全自动电熔电弧炉中在2800℃下持续通电熔炼8小时，熔炼结束进行保温冷却结晶6天，然后经分级破碎，即可得到低硅高钙大结晶电熔镁砂。
实施例2：一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备
(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45％的菱镁矿1000kg，置于轻烧窑中在1000℃下持续煅烧4小时，在煅烧过程中均匀加入浓度为12.5％的Na2CO3溶液55kg，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200-300目，即可得到的高活性MgO粉末；
(2)电弧炉熔炼：取高活性MgO粉末900kg，并加入高纯石墨粉27kg作为还原剂，搅拌均匀并压球后置于全自动电熔电弧炉中在3000℃下持续通电熔炼6.5小时，熔炼结束进行保温冷却结晶8天，然后经分级破碎，即可得到低硅高钙大结晶电熔镁砂。
实施例3：一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备
(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45％的菱镁矿1000kg，置于轻烧窑中在1100℃下持续煅烧4小时，在煅烧过程中均匀加入浓度为20％的Na2CO3溶液30kg，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200-300目，即可得到的高活性MgO粉末；
(2)电弧炉熔炼：取高活性MgO粉末900kg，并加入高纯石墨粉45kg作为还原剂，搅拌均匀并压球后置于全自动电熔电弧炉中在3200℃下持续通电熔炼8小时，熔炼结束进行保温冷却结晶10天，然后经分级破碎，即可得到低硅高钙大结晶电熔镁砂。
实施例4：一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备
(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45％的菱镁矿1000kg，置于轻烧窑中在1050℃下持续煅烧4小时，在煅烧过程中均匀加入浓度为9％的Na2CO3溶液65kg，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200-300目，即可得到的高活性MgO粉末；
(2)电弧炉熔炼：取高活性MgO粉末900kg，并加入高纯石墨粉9kg作为还原剂，搅拌均匀并压球后置于全自动电熔电弧炉中在2950℃下持续通电熔炼8小时，熔炼结束进行保温冷却结晶6天，然后经分级破碎，即可得到低硅高钙大结晶电熔镁砂。
对比例1
与实施例1相比，碳酸钠溶液在煅烧后再加入。
(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45％的菱镁矿1000kg，置于轻烧窑中在900℃下持续煅烧4小时，在煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200-300目，然后均匀加入浓度为5％的Na2CO3溶液80kg，即可得到的高活性MgO粉末；
(2)电弧炉熔炼：取高活性MgO粉末900kg，并加入高纯石墨粉9kg作为还原剂，搅拌均匀并压球后置于全自动电熔电弧炉中在2800℃下持续通电熔炼8小时，熔炼结束进行保温冷却结晶6天，然后经分级破碎，即可得到低硅高钙大结晶电熔镁砂。
对比例2
与实施例1相比，石墨粉添加量为高活性MgO粉末重量的10％。
对比例3
与实施例1相比，碳酸钠溶液加入量不同。
(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45％的菱镁矿1000kg，置于轻烧窑中在900℃下持续煅烧4小时，在煅烧过程中均匀加入浓度为5％的Na2CO3溶液100kg，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200-300目，即可得到的高活性MgO粉末；
(2)电弧炉熔炼：取高活性MgO粉末900kg，并加入高纯石墨粉9kg作为还原剂，搅拌均匀并压球后置于全自动电熔电弧炉中在2800℃下持续通电熔炼8小时，熔炼结束进行保温冷却结晶6天，然后经分级破碎，即可得到低硅高钙大结晶电熔镁砂。
试验例1成分含量测试
分别取上述实施例样品进行成分检测，检测结果统计如下：
Figure BDA0002023309610000041
试验例2高温耐火性
将试验物料作成截头三角锥，上底每边2mm，下底每边8mm，高30mm，截面为等边三角形，以50℃/min的速度加热，三角锥逐步软化，并在重力作用下逐渐弯倒。当其弯倒至顶点与底边接触时，测得的温度即为耐火度。试验结果如下表：
Figure BDA0002023309610000042
试验例3高温抗冲刷性
将产品制成长*宽*高＝5cm*5cm*2cm的试样，将其置于500℃、700℃的炉内保温5min，再用15g直径为1.5mm的铁球，由高度为0.57m处自由下落，冲击到被加热的试样的5cm*5cm的面上，以模拟液态金属对试样的冲刷。之后将试样自炉中取出冷却至室温，再在显微镜下测出铁球冲刷后的厚度。试验前后试样的厚度差为冲刷深度。深度越大，表示抗冲刷性越差。
试验结果如下：
Figure BDA0002023309610000051
从以上检验结果可以看出，4个实施例样品中的MgO纯度均达到了99.90％以上，且Ga/Si比达到了2.30以上，与同类产品相比，具有良好的高温耐火性和高温抗冲刷性，能够作为优质高级耐火材料应用于航天、电子、钢铁、冶金等行业。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (1)

1.一种低硅高钙大结晶电熔镁砂的制备方法，其特征在于：由高活性MgO的制备和电弧炉熔炼两个步骤组成，具体为：
(1)高活性MgO的制备：选取块度为100-200mm、MgO含量超过45％的菱镁矿为原料，置于轻烧窑中在900-1100℃下持续煅烧4小时，在煅烧过程中均匀加入Na2CO3溶液，煅烧结束后将得到的产物粉碎研磨至200-300目，即可得到高活性MgO粉末；所述Na2CO3溶液的浓度为5-20％，其添加量为所述菱镁矿重量的3-8％；
(2)电弧炉熔炼：向所述高活性MgO粉末中加入高纯石墨粉作为还原剂，搅拌均匀并压球后，置于全自动电熔电弧炉中在2800-3200℃下持续通电熔炼5-8小时，熔炼结束进行保温冷却结晶，然后经分级破碎即可得到低硅高钙大结晶电熔镁砂；
所述高纯石墨粉的添加量为所述高活性MgO粉末重量的1-5％。
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