CN111410516B - 一种合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料及其制备方法 - Google Patents

一种合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于耐火材料领域。本发明提供了一种以废镁碳砖为原料合成尖晶石‑镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料，包含如下重量份的组分：合成砂92～109份、黏土结合剂1～3份；制备合成砂的原料中，镁碳砖颗粒、轻烧白云石粉、轻烧镁粉、消石灰粉、氧化铁红的重量比为50～55：12～16：20～25：4～8:4～6。本发明进一步提供了复合电炉炉底捣打料的制备方法。本发明生成的尖晶石与方镁石、铁酸二钙相互交叉，避免了尖晶石气孔率大的缺陷，进而减少了电炉炉底烧结层厚度，进一步减少了炉底开裂、漏钢的现象。本发明所制备的复合电炉炉底捣打料综合性能好、高温性能优异，使用寿命延长。

Description

一种合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及耐火材料技术领域，尤其涉及一种以镁碳砖为原料合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料及其制备方法。
背景技术
传统的电炉炉底捣打料采用轻烧镁钙粉为原料，通过精确加工工艺合成镁钙铁砂，因其抗侵蚀性好、易烧结等特点，目前，国内外钢厂依然主要采用MgO-Fe2O3-CaO质的不定形耐火材料作为电炉炉底捣打料。随着用户对钢材质量要求的提高，近年来钢厂对吨钢成本等综合经济指标的提高，不断地采用新电炉炼钢技术，对电炉耐材使用提出了更高的技术要求。因此，原MgO-Fe2O3-CaO质的电炉炉底捣打料已经不能很好地适应现有的冶金工艺，易产生炉底烧结层过厚，引起开裂，造成严重脱落的问题，一直制约炼钢技术的发展。同时由于环保政策的落地实施，耐材原料价格不断上涨，钢铁成品价格降低，进一步增加了电炉炼钢成本，促使耐火材料的市场竞争压力越来越大，耐材企业的生存受到了严峻的挑战，因此耐材企业必须降本增效，提高耐材资源的回收利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以镁碳砖为原料合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料，在保证使用性能指标的同时降低了生产成本，充分地利用了废弃资源。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料，包含如下重量份的组分：
合成砂 92～109份； 黏土结合剂 1～3份；
制备所述合成砂的原料中，镁碳砖颗粒、轻烧白云石粉、轻烧镁粉、消石灰粉、氧化铁红的重量比为50～55：12～16：20～25：4～8:4～6。
作为优选，所述合成砂中，粒度6～3mm的组分、粒度3～1mm的组分与粒度≤1mm的组分的重量比为20～25：27～32：45～52。
作为优选，所述合成砂中，每45～52重量份粒度≤1mm的组分中至少包含13～17重量份粒度≤0.074mm的组分。
作为优选，所述镁碳砖为废镁碳砖，所述废镁碳砖颗粒的粒度≤0.074mm，水分≤1％。
作为优选，所述轻烧白云石粉的粒度≤0.074mm，消石灰粉的粒度≤0.074mm。
本发明还提供了一种复合电炉炉底捣打料的制备方法，包括如下步骤：
1)将合成砂的原料混合后顺次进行混炼、成型、烧结、细化，得到合成砂；
2)将所得合成砂与黏土结合剂混合，即得复合电炉炉底捣打料。
作为优选，所述混炼的时间≥20min。
作为优选，所述成型为压球成型。
作为优选，所述烧结的温度≥1700℃，时间≥3h。
作为优选，所述合成砂与黏土结合剂混合的时间≥10min。
本发明的有益效果包括以下几点：
1)尖晶石-镁钙铁合成砂烧结过程中，1100～1300℃时镁碳砖中的Al2O3和MgO发生化合反应生成尖晶石，体积膨胀；同时，消石灰Ca(OH)2转化为CaO。当温度达到1650℃以上时，MgO、CaO和Fe2O3烧结成方镁石和铁酸二钙相，体积收缩。两者烧结膨胀率相抵消，避免了电炉炉底开裂剥落。
2)尖晶石具有较好的抗渣性，尖晶石与方镁石、铁酸二钙相互交叉，避免了尖晶石的气孔率大的缺陷，进而减少了电炉炉底烧结层厚度，进一步减少了炉底开裂、漏钢的现象，明显延长了电炉炉底寿命。
3)本发明所制备的复合电炉炉底捣打料综合性能好、高温性能优异，使用寿命延长。
具体实施方式
本发明提供了一种合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料，包含如下重量份的组分：
合成砂 92～109份； 黏土结合剂 1～3份；
制备所述合成砂的原料中，镁碳砖颗粒、轻烧白云石粉、轻烧镁粉、消石灰粉、氧化铁红的重量比为50～55：12～16：20～25：4～8:4～6。
本发明所述的复合电炉炉底捣打料包含92～109份的合成砂，优选为95～105份，进一步优选为98～100份。
本发明制备所述合成砂的原料中，镁碳砖颗粒、轻烧白云石粉、轻烧镁粉、消石灰粉、氧化铁红的重量比为50～55：12～16：20～25：4～8:4～6，优选为52～54：13～15：21～23：5～7:4～5。
本发明所述合成砂中，粒度6～3mm的组分、粒度3～1mm的组分与粒度≤1mm的组分的重量比优选为20～25：27～32：45～52，进一步优选为22～24：29～31：48～50。
本发明所述合成砂中，每45～52重量份粒度≤1mm的组分中包含的粒度≤0.074mm的组分的重量份优选为13～17，进一步优选为14～16。
本发明所述镁碳砖颗粒优选为废镁碳砖颗粒，达到节约资源，废物利用的目的。
本发明所述废镁碳砖颗粒的粒度优选≤0.074mm，更优选≤0.070mm。
本发明所述废镁碳砖颗粒优选经过水洗、烘干的步骤，烘干后水分优选≤1％，更优选≤0.8％。
本发明所述轻烧白云石粉的粒度优选≤0.074mm，更优选≤0.072mm；所述消石灰粉的粒度优选≤0.074mm，更优选≤0.072mm。
本发明所述消石灰粉中Ca(OH)2含量≥99.5％。
本发明所述废镁碳砖颗粒、轻烧白云石粉、轻烧镁粉的指标见下表1。
表1：废镁碳砖颗粒、轻烧白云石粉、轻烧镁粉的指标
原料(％) IL(灼减) SiO<sub>2</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO
废镁碳砖颗粒 ≤10 ≤2 ≤1 ≤10 ≤2 ≥75
轻烧白云石粉 ≤15 ≤2.5 ≤0.5 ≤3 ≥35 ≤34
轻烧镁粉 ≤5 ≤5 ≤1.5 ≤1 ≤3.5 ≥87
本发明所述的复合电炉炉底捣打料包含1～3份的黏土结合剂，优选为2～3份。
本发明还提供了一种复合电炉炉底捣打料的制备方法，包括如下步骤：
1)将合成砂的原料混合后顺次进行混炼、成型、烧结、细化，得到合成砂；
2)将所得合成砂与黏土结合剂混合，即得复合电炉炉底捣打料。
本发明所述混炼优选为在湿碾中混炼均匀。
本发明所述混炼的时间优选≥20min，更优选≥30min。
本发明所述成型优选为压球成型，所述压球成型为将混炼均匀的物料经传送带送入压球机中压球成型。
本发明所述烧结的温度优选≥1700℃，更优选≥1800℃；所述烧结的时间优选≥3h，更优选≥4h。
本发明所述烧结优选在高温竖窑中进行，底吹鼓风机转速优选800～1000r/min，进一步优选850～950r/min。
本发明所述细化优选为合成砂破碎和筛分，所述合成砂破碎优选为先采用颚式破碎机破碎，再用辊式破碎机粉碎成粒度≤6mm的颗粒；所述筛分优选为经粒度筛选机筛分出6～3mm、3～1mm、≤1mm的三种粒度的颗粒；本发明所述细化进一步优选为采用球磨机细磨成粒度≤0.074mm的颗粒。
本发明所述合成砂与黏土结合剂混合优选采用混料机进行干混。
本发明所述合成砂与黏土结合剂混合的时间优选≥10min，更优选≥20min。
下面结合实施例对本发明提供的一种合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将52kg废镁碳砖颗粒、16kg轻烧白云石粉、23kg轻烧镁粉、4kg消石灰粉、5kg氧化铁红混合后在湿碾中混炼20min，混炼均匀的物料在压球机中压球成型，成型后的物料在高温竖窑中1700℃下烧结3小时，底吹鼓风机转速为800r/min。烧结后的物料先采用颚式破碎机破碎，再用辊式破碎机粉碎成粒度≤6mm的颗粒；然后经粒度筛选机筛分出6～3mm、3～1mm、≤1mm的三种粒度的颗粒；烧结后的物料还采用球磨机细磨成粒度≤0.074mm的颗粒。最后将20kg 6～3mm的组分、32kg 3～1mm的组分、47kg≤1mm的组分(包含15kg≤0.074mm的组分)和1kg黏土结合剂在混料机中干混10min，即得复合电炉炉底捣打料。
实施例2
将55kg废镁碳砖颗粒、14kg轻烧白云石粉、20kg轻烧镁粉、6kg消石灰粉、5kg氧化铁红混合后在湿碾中混炼25min，混炼均匀的物料在压球机中压球成型，成型后的物料在高温竖窑中1750℃下烧结3小时，底吹鼓风机转速为900r/min。烧结后的物料先采用颚式破碎机破碎，再用辊式破碎机粉碎成粒度≤6mm的颗粒；然后经粒度筛选机筛分出6～3mm、3～1mm、≤1mm的三种粒度的颗粒；烧结后的物料还采用球磨机细磨成粒度≤0.074mm的颗粒。最后将24kg 6～3mm的组分、27kg 3～1mm的组分、47kg≤1mm的组分(包含13kg≤0.074mm的组分)和2kg黏土结合剂在混料机中干混15min，即得复合电炉炉底捣打料。
实施例3
将50kg废镁碳砖颗粒、12kg轻烧白云石粉、25kg轻烧镁粉、8kg消石灰粉、5kg氧化铁红混合后在湿碾中混炼30min，混炼均匀的物料在压球机中压球成型，成型后的物料在高温竖窑中1800℃下烧结3小时，底吹鼓风机转速为950r/min。烧结后的物料先采用颚式破碎机破碎，再用辊式破碎机粉碎成粒度≤6mm的颗粒；然后经粒度筛选机筛分出6～3mm、3～1mm、≤1mm的三种粒度的颗粒；烧结后的物料还采用球磨机细磨成粒度≤0.074mm的颗粒。最后将20kg 6～3mm的组分、27kg 3～1mm的组分、50kg≤1mm的组分(包含17kg≤0.074mm的组分)和3kg黏土结合剂在混料机中干混20min，即得复合电炉炉底捣打料。
性能检测
将实施例1～3制得的复合电炉炉底捣打料干混5min，混合均匀后倒入直径和高均为65mm的3个烧镁砖模具的通孔内，人工打实后密度≥2.7g/cm3，打实后的捣打料和模具一起在1300℃和1600℃下烧结3小时后，脱模取出3个样品。所得3个样品理化指标的平均值见表2。
表2：复合电炉炉底捣打料烧结后所得样品的理化指标
Figure BDA0002454020430000061
本发明的复合电炉炉底捣打料，烧结过程中，废镁碳砖中Al2O3和MgO发生化合反应生成尖晶石体积膨胀，对MgO、CaO和Fe2O3烧结成方镁石和铁酸二钙相体积收缩，两者烧结膨胀率相抵消，避免了电炉炉底开裂剥落。同时，尖晶石具有较好的抗渣性，尖晶石与方镁石、铁酸二钙相互交叉，避免了尖晶石的气孔率大的缺陷，进而减少了电炉炉底烧结层厚度，进一步减少了炉底开裂、漏钢的现象，本发明所制备的复合电炉炉底捣打料综合性能好、高温性能优异，明显提高了电炉炉底寿命。
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 (9)

1.一种合成尖晶石-镁钙铁砂的复合电炉炉底捣打料，其特征在于，包含如下重量份的组分：
合成砂 92～109份；黏土结合剂 1～3份；
制备所述合成砂的原料中，镁碳砖颗粒、轻烧白云石粉、轻烧镁粉、消石灰粉、氧化铁红的重量比为50～55：12～16：20～25：4～8：4～6；
所述镁碳砖颗粒为废镁碳砖颗粒，其化学组成如下：IL≤10％，SiO2≤2％，Fe2O3≤1％，Al2O3≤10％，CaO≤2％，MgO≥75％；
所述复合电炉炉底捣打料的制备方法，包括如下步骤：
1)将合成砂的原料混合后顺次进行混炼、成型、烧结、细化，得到合成砂；
2)将所得合成砂与黏土结合剂混合，即得复合电炉炉底捣打料；
所述烧结的温度≥1700℃，时间≥3h。
2.根据权利要求1所述的复合电炉炉底捣打料，其特征在于，所述合成砂中，粒度6～3mm的组分、粒度3～1mm的组分与粒度≤1mm的组分的重量比为20～25：27～32：45～52。
3.根据权利要求1或2所述的复合电炉炉底捣打料，其特征在于，所述合成砂中，每45～52重量份粒度≤1mm的组分中至少包含13～17重量份粒度≤0.074mm的组分。
4.根据权利要求3所述的复合电炉炉底捣打料，其特征在于，所述镁碳砖为废镁碳砖，所述废镁碳砖颗粒的粒度≤0.074mm，水分≤1％。
5.根据权利要求4所述的复合电炉炉底捣打料，其特征在于，所述轻烧白云石粉的粒度≤0.074mm，消石灰粉的粒度≤0.074mm。
6.权利要求1～5任意一项所述复合电炉炉底捣打料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将合成砂的原料混合后顺次进行混炼、成型、烧结、细化，得到合成砂；
2)将所得合成砂与黏土结合剂混合，即得复合电炉炉底捣打料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混炼的时间≥20min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述成型为压球成型。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述合成砂与黏土结合剂混合的时间≥10min。
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