CN105859307A - 含碳废弃耐火材料的加工回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的含碳废弃耐火材料的加工回收方法，将废弃镁碳砖坯、废弃铝镁碳砖坯、废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯进行回收后，得到成品再生料颗粒，并利用成品再生料颗粒生产镁碳砖、铝镁碳砖、铝碳砖和铝碳化硅碳砖，提高了产品利用率，减少了固体污染物的排放，降低了环境污染，降低产品生产成本。得到的成品再生料颗粒的性能基本与原砖坯镁砂性能一致，加大对含碳废弃耐火材料的回收利用。

Description

含碳废弃耐火材料的加工回收方法

技术领域

本发明涉及冶金材料加工领域，尤其涉及含碳废弃耐火材料的加工回收方法。

背景技术

含碳耐火材料是指碳素材料与耐火材料氧化物、非氧化物，添加剂等采用一定工艺技术制得的高性能耐火材料。含碳耐火材料具有优良的抗热震性、抗炉渣渗透性与抗熔蚀性。目前，随着科学技术的发展，含碳耐火材料的需求量越来越大，其中炼钢工业每年的消耗量占含碳耐火材料总产量的60%以上，但由于对废料的回收利用缺乏相应的鼓励措施及技术支持，含碳废弃耐火材料典型的处理方式就是掩埋。由于含碳耐火材料的消耗量较大，价格昂贵，所以直接将含碳废弃耐火材料进行掩埋，即增加了产品生产成本，又造成了材料的浪费。

重钢集团矿业有限公司冶金材料厂建厂理念主要包括耐火材料的循环经济利用，周边市场包括重钢、达钢、威刚等钢厂每年的废弃耐火材料数量庞大，而我厂目前特别是在含碳废弃耐火材料上的利用率不到20%，利用率低，产品生产成本高。因此，亟需提供一种提高含碳废弃耐火材料利用率，降低产品生产成本的含碳废弃耐火材料的加工回收方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明在于怎么提供一种提高含碳废弃耐火材料利用率，降低产品生产成本的含碳废弃耐火材料的加工回收方法。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

含碳废弃耐火材料的加工回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）剔选分类：将回收的含碳废弃耐火材料砖坯按镁碳质、铝镁碳质、铝碳质和铝碳化硅碳质四种类别进行剔选，得到废弃镁碳砖坯、废弃铝镁碳砖坯、废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯；并在剔选的同时去除含碳废弃耐火材料砖坯表面的粘渣层以及火泥；

2）水化：将剔选后得到的废弃镁碳砖坯和废弃铝镁碳砖坯分别进行水化反应，得到镁碳水化砖坯和铝镁碳水化砖坯，水化处理时间为12-16小时；

3）烘干：利用烘干窑对镁碳水化砖坯，铝镁碳水化砖坯，废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯进行烘干，得到烘干砖坯；烘干砖坯的水分控制在0.5%以下；

4）破碎除铁：对烘干砖坯进行破碎，并在破碎的过程中在多个位置对破碎后的颗粒进行磁选除铁，得到除铁颗粒；

5）碾压：利用碾压机对除铁颗粒进行碾压，碾压时间为10-12分钟，得到碾压颗粒；

6）筛分获得再生料：在碾压机的出料口安装筛分设备，对碾压颗粒进行颗粒分级，获得成品再生料颗粒；

7）生产砖坯：利用获得的成品再生料颗粒生产镁碳砖、铝镁碳砖、铝碳砖或铝碳化硅碳砖。

进一步，所述步骤1中，在剔选的同时，使用锤子敲打含碳废弃耐火材料砖坯，去除含碳废弃耐火材料砖坯表面的粘渣层以及火泥。

进一步，所述步骤2中采用以下水化设备进行水化反应；所述水化设备包括水化池，悬臂吊和多个砖坯放置框；水化池为向下凹陷形成的，装有水化反应溶液的池体；悬臂吊包括竖直靠近水化池边沿固定的立柱，以及固定在立柱上端、能够沿立柱的周向方向转动的回转臂，回转臂能够旋转至水化池上方；砖坯放置框为由四个固定侧壁和一个转动侧壁包围形成的，上端开口的长方体框，固定侧壁和转动侧壁上均设有通孔，所述废弃镁碳砖坯或废弃铝镁碳砖坯放置在砖坯放置框中，转动侧壁与一固定侧壁之间转动连接，使得转动侧壁能够旋转至打开形成出料口；

水化反应时，将同样类别的废弃镁碳砖坯或废弃铝镁碳砖坯放置在同一个砖坯放置框中，砖坯放置框悬吊在悬臂吊的回转臂上，悬臂吊将砖坯放置框旋转至水化池上方后，并将砖坯放置框放入水化池中进行水化反应，水化反应完后，悬臂吊将砖坯放置框吊离水化池进行固液分离，得到镁碳水化砖坯和铝镁碳水化砖坯。

进一步，所述步骤4中，在破碎的过程中在多个位置对破碎后的颗粒进行磁选除铁时，采用以下多种方式中的至少两种进行磁选除铁：①在颚破机后连接的大皮带倾角安装滚筒式除铁器；②在振动筛的给料皮带上安装电磁除铁器；③在碾压机的出口安装永久性磁铁；④在进入分级筛的皮带运输上安装电磁除铁器。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明提供的含碳废弃耐火材料的加工回收方法，将废弃镁碳砖坯、废弃铝镁碳砖坯、废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯进行回收后，得到成品再生料颗粒，并利用成品再生料颗粒生产镁碳砖、铝镁碳砖、铝碳砖和铝碳化硅碳砖，提高了产品利用率，减少了固体污染物的排放，降低了环境污染，降低产品生产成本。得到的成品再生料颗粒的性能比未处理的废砖颗粒更接近原砖坯镁砂的性能，加大对含碳废弃耐火材料的回收利用。

附图说明

图1为实施例中含碳废弃耐火材料的加工回收方法的框图。

图2为实施例中水化设备的结构示意图。

其中图2中，1-水化池，2-砖坯放置框，3-含碳废弃耐火材料砖坯，4-悬臂吊的立柱，5-悬臂吊的回转臂。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

含碳废弃耐火材料的加工回收方法，如图1所示，包括以下步骤：

1）剔选分类：将回收的含碳废弃耐火材料砖坯（下面简称为废弃砖坯）按镁碳质、铝镁碳质、铝碳质和铝碳化硅碳质四种类别进行剔选，得到废弃镁碳砖坯、废弃铝镁碳砖坯、废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯；并在剔选的同时去除含碳废弃耐火材料砖坯表面的粘渣层以及火泥；在剔选的同时，使用锤子敲打含碳废弃耐火材料砖坯，去除含碳废弃耐火材料砖坯表面的粘渣层以及火泥。

回收的含碳废弃耐火材料砖主要包括废弃镁碳砖坯、废弃铝镁碳砖坯、废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯四种材料，主要是钢包、转炉、铁水罐等过程处理后得到的工作层耐材。回收的含碳废弃耐火材料砖坯主要有原质层、过渡层、反应层和粘渣层。粘渣层是指废弃砖坯的工作面上粘附的一层薄薄的渣，即被侵蚀的材料和金属铁的混杂物。反应层中的碳基本氧化完毕，并渗入了部分渣。过渡层为废弃砖坯的侵蚀的渐变区域。原质层基本保持了原来砖的状态。为了不影响废弃砖坯的再生利用，必须将粘渣层以及火泥等有害成分去除。

将回收的含碳废弃耐火材料砖坯进行剔选，是因为针对不同的废弃砖坯，其加工回收过程不同。由于废弃铝碳砖坯大多数都是露天存放，空气中存在水分，所以废弃铝碳砖在存放过程中与空气中的水分发生水化反应，加工回收铝碳砖坯时，可以省去水化步骤。由于废弃铝碳化硅碳砖坯中的铝不是以活性铝的形式存在，是以三氧化二铝的形式存在，其和水不发生水化反应，所以也可以省去水化步骤。

2）水化：将剔选后得到的废弃镁碳砖坯和废弃铝镁碳砖坯分别进行水化反应，得到镁碳水化砖坯和铝镁碳水化砖坯，水化处理时间为12-16小时；

由于生产镁碳砖和铝镁碳砖时通常都添加有铝粉作为抗氧化剂。在高温下铝粉将会与碳发生反应生成碳化铝晶须，而碳化铝极易发生水化反应，产生大量的气体排出和伴随急剧的体积变化，导致砖体的粉化和开裂。因此将废弃镁碳砖坯和废弃铝镁碳砖坯经过水化反应后，一方面去除了废弃砖坯内部的碳化铝有害物质，防止生产砖坯时，碳化铝发生水化反应，导致砖体的粉化和开裂。另一方面碳化铝经过一系列的变化形成氧化铝，进而在使用中生成镁铝尖晶石，有利于提高制品的抗侵蚀性。

在实际使用中，对水化处理时间的长短做了多组实验数据的收集和分析，结合了重钢集团矿业有限公司冶金材料厂每天再生料的使用量和破碎处理能力，综合得出水化处理时间为12小时至16小时为最佳。时间太短水化反应未完成，时间过长镁砂中的氧化钙水化促使镁砂颗粒粉化影响再生料的质量。

在实际使用时，为了实现废弃砖坯水化和烘干时转运操作简单方便，以及利用现有的设施设备减少投资等优点。所述步骤2中采用以下水化设备进行水化反应；所述水化设备，如图2所示，包括水化池，悬臂吊和多个砖坯放置框；水化池为向下凹陷形成的，装有水化反应溶液（主要是水）的池体；悬臂吊（也可以直接从市场上购买得到）包括竖直靠近水化池边沿固定的立柱，以及固定在立柱上端、能够沿立柱的周向方向转动的回转臂，回转臂能够旋转至水化池上方；砖坯放置框为由四个固定侧壁和一个转动侧壁包围形成的，上端开口的长方体框，固定侧壁和转动侧壁上均设有通孔，所述废弃镁碳砖坯或废弃铝镁碳砖坯放置在砖坯放置框中，转动侧壁与一固定侧壁之间转动连接，使得转动侧壁能够旋转至打开形成出料口；

水化反应时，将同样类别的废弃镁碳砖坯或废弃铝镁碳砖坯放置在同一个砖坯放置框中，其中，使用的砖坯放置框的个数可以根据水化池的大小确定，水化池越大，使用的砖坯放置框的个数越多。砖坯放置框悬吊在悬臂吊的回转臂上，悬臂吊将砖坯放置框旋转至水化池上方后，并将砖坯放置框放入水化池中进行水化反应，水化反应完后，悬臂吊将砖坯放置框吊离水化池进行固液分离，得到镁碳水化砖坯和铝镁碳水化砖坯。

上述砖坯放置框可以由重钢集团矿业有限公司冶金材料厂车间内废弃的干燥窑车改造形成。干燥窑车的承重部包括底座轴承，和设置在底座轴承上、用于承重的铁框。现有的干燥窑车的铁框也是由四个侧壁和一个可转动侧壁包围形成的，上端开口的长方体框，可转动侧壁与一侧壁之间转动连接，使得可转动侧壁能够旋转至打开形成出料口，供砖坯从出料口出料。因此在加工砖坯放置框时，可以直接采用干燥窑车的铁框结构，直接在铁框的侧壁上设置通孔，使得水化池中的溶液能够进入砖坯放置框中，与砖坯放置框内的废弃砖坯发生水化反应，砖坯放置框侧壁上的通孔大小的设定需要保证放置在砖坯放置框内的废弃砖坯在反应过程中，不能落入水化池中。由干燥窑车改造的砖坯放置框，使用时，首先将剔选后的废弃砖坯直接进入砖坯放置框中，使用悬臂吊吊入水化池，水化好后再使用悬臂吊吊出，并在后续的烘干步骤中，用叉车转运至烘干窑轨道上的底座轴承上，推入烘干窑进行烘干。由于砖坯放置框由干燥窑车的铁框改造形成，其本身已经能够匹配底座轴承，烘干后用叉车转运砖坯放置框至料场，并翻出砖坯放置框内砖坯。

3）烘干：利用烘干窑对镁碳水化砖坯，铝镁碳水化砖坯，废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯进行烘干，得到烘干砖坯；烘干砖坯的水分控制在0.5%以下；每批次烘干砖坯必须经过检测合格后才能投入下道工序。

具体实施时，可利用特耐生产线的红外线电烘烤窑烘干。减少烘干砖坯中水份含量尤为重要，一般镁碳砖、铝镁碳砖、铝碳砖和铝碳化硅碳砖生产时都采用树脂作为结合剂。当利用生成的成品再生料颗粒生产镁碳砖、铝镁碳砖、铝碳砖和铝碳化硅碳砖时，如果水份含量较高时，成品再生料颗粒气孔中含有水份阻碍了作为结合剂树脂的侵入，造成成品再生料颗粒与细粉的包裹状态差，泥料的成型效果差，制品质量下降。同时生产的烘烤过程其实就是树脂结合剂的分解和排水过程，在其过程中水份过高会导致大量气体排出造成制品（即镁碳砖、铝镁碳砖、铝碳砖和铝碳化硅碳砖）内部出现微裂纹，且水份排出后遗留的孔洞较多，制品的显气孔率增大，降低了制品的抗侵蚀性。

4）破碎除铁：对烘干砖坯进行破碎，并在破碎的过程中在多个位置对破碎后的颗粒进行磁选除铁，得到除铁颗粒；

所述步骤4中，在破碎的过程中在多个位置对破碎后的颗粒进行磁选除铁时，采用以下多种方式中的至少两种进行磁选除铁：①在颚破机后连接的大皮带倾角安装滚筒式除铁器；②在振动筛的给料皮带上安装电磁除铁器；③在碾压机的出口安装永久性磁铁；④在进入分级筛的皮带运输上安装电磁除铁器。

水化、烘干处理后的砖坯通过PEX250×1000细碎颚式破碎机破碎成≤50mm的粗颗粒，经皮带运输、斗式提升机（大皮带倾角是指皮带运输与斗式提升机机的连接位置）进入GYP-600惯性圆锥破碎机进行细碎，细碎后的颗粒由B500mm波状挡边带式输送机（即振动筛给料皮带）送入3ZSF-1250×2500三层直线振动筛进行分级（在分级筛中进行分级），5mm以上颗粒经管道回到圆锥破碎机重新破碎，5mm以下颗粒直接经管道进入LNX-800行星式轮碾压机进行碾压处理，颗粒碾压后直接进入由ZG600×1000振动给料机改造成的振动筛进行分级成5-3mm、3-1mm，1-0mm各级配成品再生料。

具体实施时，破碎处理可以在特耐破碎生产线设备上进行破碎，改造破碎后的颗粒进仓路线，破碎处理后得到的颗粒（经颚式破碎机、圆锥破碎机破碎成的直径在5mm以下的颗粒）不经过料仓，直接进行星式混碾机碾压（即后续的碾压操作），减少了加工工序。由于烘干后的烘干砖坯的粘渣层和裂缝内夹杂有大量的铁质物等有害物质，因此在破碎过程中除铁设备的安装尤为重要，我厂采用了多点磁选的方式除铁，保证成品再生料颗粒的质量。

5）碾压：利用碾压机对除铁颗粒进行碾压，碾压时间为10-12分钟，得到碾压颗粒；

经过破碎除铁后得到的除铁颗粒是由很多材料的颗粒组合而成的团聚体，其中有很多的假颗粒存在，直接加入生产制品，易造成二次破碎，制品出现层裂影响产品质量。只有对破碎除铁后的颗粒进行预处理，才能将除铁颗粒同包裹在表面的细粉进行分离，进而获得优质的成品再生料颗粒，制造出高附加值产品。国际上通常采用的预处理方法有——碾磨法、侵渍法和浮选法，我厂结合实际条件选用了碾磨法进行预处理。破碎除铁后得到的除铁颗粒直接经皮带和斗提运输到行星式碾轮机碾压，碾压时间10-12分钟效果最佳。因为碾压时间过短，除铁颗粒中假颗粒未消除干净未起到预处理效果，碾压时间过长，造成除铁颗粒的二次粉碎，筛分出的颗粒级配不合理，达不到综合利用效果。

6）筛分获得再生料：在碾压机的出料口安装筛分设备，对碾压颗粒进行颗粒分级，获得成品再生料颗粒。具体实施时，可根据碾压机出料口的现有高度选择吊装试振动筛，筛分成不同级配颗粒，并入袋包装待用。

7）生产砖坯：利用获得的成品再生料颗粒生产镁碳砖、铝镁碳砖、铝碳砖或铝碳化硅碳砖。

其中生产时，以粒度分别为5-3mm、3-1mm、1-0mm的成品再生料颗粒为主要原料，添加粒度为1-0mm的镁铝尖晶石，5-3mm、3-1mm、1-0mm、≤0.088mm的高纯镁砂、电熔镁砂、特级矾土，鳞片石墨等原料，添加剂为金属Al粉和碳化硅粉，以固定碳含量大于45%的热固型酚醛树脂作为结合剂，通过摩擦压砖机制成再生镁铝碳砖、再生镁碳砖等。

具体实施时，可以从以下几个方面对获得的成品再生料颗粒进行后续生产。

1）可以将获得的镁碳砖的成品再生料颗粒分级成直径为1-5mm和0-1mm的颗粒，替代镁碳砖中部分镁砂颗粒，通过加入添加剂和调整工艺级配制备成再生镁碳砖。可以将获得的铝镁碳砖的成品再生料颗粒分级成直径为1-5mm和0-1mm的颗粒，替代铝镁碳砖中部分高铝质原料和镁砂颗粒，通过加入添加剂和调整工艺级配制备成再生铝镁碳砖，其性能稳定。

2）根据对获得的铝碳化硅碳砖的成品再生料颗粒的成分的分析，可以加入到无水泡泥和一般高铝砖中生产。

3）将获得的直径为0-1mm的镁碳砖的成品再生料颗粒和铝镁碳砖的成品再生料颗粒，研磨成细粉生产钢包专用泥料，可根据不同的加入方式（如以何种级配加入）、加入量调节成不同质量的制品。

该实施例最大化地利用了我厂特耐生产线现有设备的工艺路线和生产能力，添加和改造部分设施，加工处理后获得的再生料技术性能满足产品的工艺生产需求，利用最小的投入获得丰厚的效益。

经上述过程处理后获得的成品再生料颗粒基本还原了其原料的特性，通过一定的工艺配比，可以替代部分镁砂和高铝矾土等原料生产镁碳砖、铝镁碳砖等制品。例如经过对多批次回收的含碳废弃耐火材料的化学分析，得到废弃镁碳砖，其主要组成部分为镁砂，石墨以及抗氧化剂等，通过以上方式方法进行综合处理回收后获得的镁碳砖的成品再生料颗粒，其主要成分为高铝质原料、尖晶石、镁砂和石墨，其性能基本与原颗粒镁砂性能一致（如下表所示）。铝碳化硅碳砖的成品再生料颗粒的主要成分为高铝质原料、碳化硅和石墨。

名称	体积密度g/cm3	显气孔率 %
			废弃镁碳砖颗粒	3.01	4.65
成品再生料镁碳砖颗粒	3.15	2.4
			原镁砂颗粒	3.30	1.8

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.含碳废弃耐火材料的加工回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）剔选分类：将回收的含碳废弃耐火材料砖坯按镁碳质、铝镁碳质、铝碳质和铝碳化硅碳质四种类别进行剔选，得到废弃镁碳砖坯、废弃铝镁碳砖坯、废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯；并在剔选的同时去除含碳废弃耐火材料砖坯表面的粘渣层以及火泥；

2）水化：将剔选后得到的废弃镁碳砖坯和废弃铝镁碳砖坯分别进行水化反应，得到镁碳水化砖坯和铝镁碳水化砖坯，水化处理时间为12-16小时；

3）烘干：利用烘干窑对镁碳水化砖坯，铝镁碳水化砖坯，废弃铝碳砖坯和废弃铝碳化硅碳砖坯进行烘干，得到烘干砖坯；烘干砖坯的水分控制在0.5%以下；

4）破碎除铁：对烘干砖坯进行破碎，并在破碎的过程中在多个位置对破碎后的颗粒进行磁选除铁，得到除铁颗粒；

5）碾压：利用碾压机对除铁颗粒进行碾压，碾压时间为10-12分钟，得到碾压颗粒；

6）筛分获得再生料：在碾压机的出料口安装筛分设备，对碾压颗粒进行颗粒分级，获得成品再生料颗粒；

7）生产砖坯：利用获得的成品再生料颗粒生产镁碳砖、铝镁碳砖、铝碳砖或铝碳化硅碳砖。

2.如权利要求1所述的含碳废弃耐火材料的加工回收方法，其特征在于，所述步骤1中，在剔选的同时，使用锤子敲打含碳废弃耐火材料砖坯，去除含碳废弃耐火材料砖坯表面的粘渣层以及火泥。

3.如权利要求1所述的含碳废弃耐火材料的加工回收方法，其特征在于，所述步骤2中采用以下水化设备进行水化反应；所述水化设备包括水化池，悬臂吊和多个砖坯放置框；水化池为向下凹陷形成的，装有水化反应溶液的池体；悬臂吊包括竖直靠近水化池边沿固定的立柱，以及固定在立柱上端、能够沿立柱的周向方向转动的回转臂，回转臂能够旋转至水化池上方；砖坯放置框为由四个固定侧壁和一个转动侧壁包围形成的，上端开口的长方体框，固定侧壁和转动侧壁上均设有通孔，所述废弃镁碳砖坯或废弃铝镁碳砖坯放置在砖坯放置框中，转动侧壁与一固定侧壁之间转动连接，使得转动侧壁能够旋转至打开形成出料口；

水化反应时，将同样类别的废弃镁碳砖坯或废弃铝镁碳砖坯放置在同一个砖坯放置框中，砖坯放置框悬吊在悬臂吊的回转臂上，悬臂吊将砖坯放置框旋转至水化池上方后，并将砖坯放置框放入水化池中进行水化反应，水化反应完后，悬臂吊将砖坯放置框吊离水化池进行固液分离，得到镁碳水化砖坯和铝镁碳水化砖坯。

4.如权利要求1所述的含碳废弃耐火材料的加工回收方法，其特征在于，所述步骤4中，在破碎的过程中在多个位置对破碎后的颗粒进行磁选除铁时，采用以下多种方式中的至少两种进行磁选除铁：①在颚破机后连接的大皮带倾角安装滚筒式除铁器；②在振动筛的给料皮带上安装电磁除铁器；③在碾压机的出口安装永久性磁铁；④在进入分级筛的皮带运输上安装电磁除铁器。