CN115010484A - 一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，本发明以含氧化锆的废弃物为原料，依次经过除杂、电熔处理、调配化学成分、吹球等步骤，制造出低成本电熔钙稳定氧化锆。本发明制备的电熔钙稳定氧化锆粉体可用于制造氧化锆陶瓷和耐火材料，具有很强的市场竞争力，同时实现了氧化锆资源循环利用。

Description

一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法
技术领域
本发明涉及氧化锆制备技术领域，尤其涉及一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法。
背景技术
中国的钢产量多年来稳居世界第一，氧化锆水口和滑板是炼钢厂炼钢作业时用它来流钢水的功能耐火材料关键部件，氧化锆水口和滑板的年消耗量大约10万吨，用后拆卸下来的废氧化锆水口和滑板大约7万吨，回收利用这些废氧化锆水口和滑板，使紧缺的氧化锆资源能得到循环利用很有必要。中国的氧化锆资源缺乏，中国生产氧化锆原料用的锆英砂绝大部分是从澳大利亚和南非等国进口。
二氧化锆有三种晶型分别为单斜型、四方型和立方型，随着温度的升高单斜型二氧化锆可转变成四方型二氧化锆和立方型二氧化锆，同时伴随有体积收缩的变化。随着温度的降低立方型二氧化锆逐渐转变成四方型二氧化锆，最后又回到单斜型二氧化锆，同时伴随有体积膨胀的变化。所以单斜型二氧化锆不能制造成定型的制品，必须引入适量的稳定剂，如Y2O3、CaO、MgO等。氧化锆水口和滑板一般用氧化镁作为稳定剂，把回收回来的废氧化锆水口和滑板经过人工处理，破碎成粉粒状料配入碳粉，使粉粒状料中的氧化镁在碳粉的作用下经过电弧炉的高温还原反应，变成镁蒸气逸出；粉粒状料中的氧化硅也会在碳粉的作用下经过电弧炉的高温还原反应，变成一氧化硅气体逸出。待高温还原反应结束后投入氧化钙稳定剂继续熔化、精炼，使炉内熔液生成钙稳定二氧化锆。对这些废品进行回收既有利于保护生态环境也可以实现资源循环利用，同时也可以降低电熔钙稳定氧化锆的生产成本，增强电熔钙稳定氧化锆原料的市场竞争力。
发明内容
有鉴于此，本发明采用含氧化锆的废弃物为原料，如废氧化锆水口和滑板等，依次经过除杂、电熔处理、调配化学成分吹球或粉碎，制造出低成本电熔钙稳定氧化锆原料，实现了氧化锆资源的循环利用。
本发明提供了一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，包括以下步骤：
(1)原料的预处理：对含氧化锆的废弃物进行人工除杂处理，并粉碎得到粉粒状物料；
(2)熔化与精炼：将碳粉加入步骤(1)所述粉粒状物料中并混合均匀，得到混合物，然后将混合物置于到电弧炉中依次进行第一次熔化、第一次精炼，第二次熔化，使混合物充分熔化成熔融状态；
废氧化锆水口和滑板的化学成分有差异，本发明进行第一次熔化、第一次精炼以及第二次熔化，是为了使粉粒状料中的氧化镁在碳粉的作用下经过电弧炉的高温还原反应，变成镁蒸气逸出；粉粒状料中的氧化硅也会在碳粉的作用下经过电弧炉的高温还原反应，变成一氧化硅气体逸出，同时也使废氧化锆材料充分熔融而且炉内熔液化学成分均匀。
(3)配料与吹球：向熔融状态的物料中投入2-4wt％氧化钙进行成分调配，继续进行第三次熔化和第二次精炼，待物料充分熔化后使用倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时被高压风嘴吹散成空心球；
本发明向熔融状态的物料中投入2-4wt％氧化钙进行成分调配，在电弧炉中继续进行第三次熔化和第二次精炼，是为了使投入的氧化钙充分熔融分散在炉内熔液中，使吹出的空心球化学成分均匀。
(4)对步骤(3)所述空心球按照粒度不同进行筛选，得到不同粒级的空心球产品，或者将步骤(3)所述空心球破碎成电熔钙稳定氧化锆粉体。
优选地，步骤(1)中所述含氧化锆的废弃物包括废氧化锆水口、废氧化锆滑板、废滑板中镶嵌的氧化锆环。
优选地，步骤(1)中所述除杂处理包括除掉表面异物以及磁选除铁。
优选地，步骤(1)中所述粉粒状物料的粒径≤3mm。
优选地，步骤(2)中所述第一次熔化的温度2600～2800℃，时间2-3小时，第一次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.2-0.6小时，第二次熔化的温度2700～2900℃，时间0.5-1小时。
优选地，步骤(3)中所述第三次熔化的温度2700～2900℃，时间1-2小时，第二次精炼的温度为2800～3000℃，时间为0.2-0.6小时。
优选地，步骤(3)中所述空心球的粒径≤5mm。
优选地，步骤(2)中所述熔化、精炼的电压为120～170V，电流为4000～9000A。由于氧化锆熔液的导电性良好，故本发明采用低电压熔化和精炼起到节省能耗的技术效果。
本发明的原理是：将回收的废氧化锆水口和滑板经过人工处理，破碎成粉粒状料，然后配入碳粉，使粉粒状料中的氧化镁在碳粉的作用下经过电弧炉的高温还原反应，变成镁蒸气逸出；粉粒状料中的氧化硅也会在碳粉的作用下经过电弧炉的高温还原反应，变成一氧化硅挥发出来。氧化镁和氧化硅与碳粉在高温下发生高温还原化学反应，脱掉物料中的氧化镁和氧化硅。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：在氧化锆资源有限的情况下，本发明通过实施氧化锆资源循环利用，达到保护生态环境，降低电熔钙稳定氧化锆的生产成本，增强电熔钙稳定氧化锆原料的市场竞争力的技术效果。并且，由于本发明制造的电熔钙稳定氧化锆原料是利用回收回来的废氧化锆水口和滑板等废弃物品，经过电弧炉高温熔炼生产加工出来的低成本原料产品，该原料用于制造氧化锆陶瓷和耐火材料具有很强的市场竞争力，同时实现了氧化锆资源循环利用。
附图说明
图1是本发明实施例制备电熔钙稳定氧化锆的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述原料和助剂，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1
一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，具体步骤如下：
(1)原料的预处理：对含氧化锆的水口和滑板进行人工除杂处理，捡出其中的异物，铲掉表层的粘附物，然后破粉碎并且磁选除铁，得到粉粒状物料；
(2)熔化与精炼：将粒径为0-3mm的碳粉按照2％重量比，加入到步骤(1)所述粉粒状物料中并混合均匀，得到混合物，然后将混合物置于到电弧炉中，控制电弧炉的电压为120V，电流为8000A，然后依次进行第一次熔化的温度2600～2800℃，时间3小时，第一次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.2小时，第二次熔化的温度2700～2900℃，时间0.9小时，使混合物充分熔化成熔融状态；
(3)配料与吹球：向熔融状态的物料中投入2％氧化钙进行成分调配，继续进行第三次熔化和第二次精炼，所述第三次熔化的温度2700～2900℃，时间2小时，第二次精炼的温度为2800～3000℃，时间为0.3小时，待物料充分熔化后使用倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时被高压风嘴吹散成0-5mm空心球；
(4)对步骤(3)所述空心球按照粒度不同进行筛选，得到不同粒级的空心球产品，或者将步骤(3)所述空心球破碎成电熔钙稳定氧化锆粉体。
本实施例中，物料为熔融状态时，颜色为红色，随着温度的降低，它的颜色变浅，尤其是自然冷却冷却至50℃以下，颜色变成黄色或棕黄色。
步骤(3)中所述电弧炉还可以是固定式电弧炉，当电弧炉为固定式电弧炉时，物料熔化成熔体，因为固定式电弧炉的外壳是水冷的，所以熔体为外固内液；当电弧炉为倾斜电弧炉时，物料熔化成熔液，然后将熔液浇铸到模具中，形成所需形状制品，熔液倒完之后将电弧炉复位继续投料熔化，与此反复直到物料全部熔化完，浇铸成所需形状的制品的目的是形成容易砸碎的形状，获得密实的颗粒砂，更省时省力。
本实施例中，当熔融后的物料温度低于2500℃时，开始变成固体。
步骤(4)中，筛选出各粒度段的空心球产品，空心球的粒径在≤5mm的范围内可以任意分级，筛分出不同客户所需求的各粒度段的空心球产品，或经过破粉碎设备加工成客户需要的不同细度的电熔钙稳定氧化锆粉体。
实施例2
一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，具体步骤如下：
(1)原料的预处理：对含氧化锆的水口和滑板进行人工除杂处理，捡出其中的异物，铲掉表层的粘附物，然后破粉碎并且磁选除铁，得到粉粒状物料；
(2)熔化与精炼：将0-3mm碳粉按照3％重量比，加入到步骤(1)所述粉粒状物料中并混合均匀，得到混合物，然后将混合物置于到电弧炉中，控制电弧炉的电压为150V，电流为7000A，然后依次进行第一次熔化的温度2600～2800℃，时间2小时，第一次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.3小时，第二次熔化的温度2700～2900℃，时间0.6小时，，使混合物充分熔化成熔融状态；
(3)配料与吹球：向熔融状态的物料中投入3％氧化钙进行成分调配，继续进行第三次熔化和第二次精炼，所述第三次熔化的温度2700～2900℃，时间1.5小时，第二次精炼的温度为2800～3000℃，时间为0.4小时，待物料充分熔化后使用倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时被高压风嘴吹散成0-5mm空心球；
(4)对步骤(3)所述空心球按照粒度不同进行筛选，得到不同粒级的空心球产品，或者将步骤(3)所述空心球破碎成电熔钙稳定氧化锆粉体。
步骤(4)中，筛选出各粒度段的空心球产品，空心球的粒径在≤5mm的范围内可以任意分级，筛分出不同客户所需求的各粒度段的空心球产品，或经过破粉碎设备加工成客户需要的不同细度的电熔钙稳定氧化锆粉体。
实施例3
一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，具体步骤如下：
(1)原料的预处理：对含氧化锆的水口和滑板进行人工除杂处理，捡出其中的异物，铲掉表层的粘附物，然后破粉碎并且磁选除铁，得到粉粒状物料；
(2)熔化与精炼：将0-3mm碳粉按照4％重量比，加入到步骤(1)所述粉粒状物料中并混合均匀，得到混合物，然后将混合物置于到电弧炉中，控制电弧炉的电压为170V，电流为5000A，然后依次进行第一次熔化的温度2600～2800℃，时间2.5小时，第一次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.2小时，第二次熔化的温度2700～2900℃，时间0.7小时，，使混合物充分熔化成熔融状态；
(3)配料与吹球：向熔融状态的物料中投入4％氧化钙进行成分调配，继续进行第三次熔化和第二次精炼，所述第三次熔化的温度2700～2900℃，时间1小时，第二次精炼的温度为2800～3000℃，时间为0.5小时，待物料充分熔化后使用倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时被高压风嘴吹散成0-5mm空心球；
(4)对步骤(3)所述空心球按照粒度不同进行筛选，得到不同粒级的空心球产品，或者将步骤(3)所述空心球破碎成电熔钙稳定氧化锆粉体。
步骤(4)中，筛选出各粒度段的空心球产品，空心球的粒径在≤5mm的范围内可以任意分级，筛分出不同客户所需求的各粒度段的空心球产品，或经过破粉碎设备加工成客户需要的不同细度的电熔钙稳定氧化锆粉体。
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 (8)

1.一种利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料的预处理：对含氧化锆的废弃物进行人工除杂处理，并粉碎得到粉粒状物料；
(2)熔化与精炼：将碳粉加入步骤(1)所述粉粒状物料中并混合均匀，得到混合物，然后将混合物置于到电弧炉中依次进行第一次熔化、第一次精炼，第二次熔化，使混合物充分熔化成熔融状态；
(3)配料与吹球：向熔融状态的物料中投入2-4wt％氧化钙进行成分调配，继续进行第三次熔化和第二次精炼，待物料充分熔化后使用倾斜电弧炉吹球，使高温熔液经过炉嘴流出时被高压风嘴吹散成空心球；
(4)对步骤(3)所述空心球按照粒度不同进行筛选，得到不同粒级的空心球产品，或者将步骤(3)所述空心球破碎成电熔钙稳定氧化锆粉体。
2.根据权利要求1所述的利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤(1)中所述含氧化锆的废弃物包括废氧化锆水口、废氧化锆滑板、废滑板中镶嵌的氧化锆环。
3.根据权利要求1所述的利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤(1)中所述除杂处理包括除掉表面异物以及磁选除铁。
4.根据权利要求1所述的利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤(1)中所述粉粒状物料的粒径≤3mm。
5.根据权利要求1所述的利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤(2)中所述第一次熔化的温度2600～2800℃，时间2-3小时，第一次精炼的温度为2700～3000℃，时间为0.2-0.6小时，第二次熔化的温度2700～2900℃，时间0.5-1小时。
6.根据权利要求1所述的利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤(3)中所述第三次熔化的温度2700～2900℃，时间1-2小时，第二次精炼的温度为2800～3000℃，时间为0.2-0.6小时。
7.根据权利要求1所述的利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤(3)中所述空心球的粒径≤5mm。
8.根据权利要求1所述的利用废氧化锆水口和滑板制造电熔钙稳定氧化锆的方法，其特征在于，步骤(2)中所述熔化、精炼的电压为120～170V，电流为4000～9000A。
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