CN106045530B

CN106045530B - 一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料

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Publication number: CN106045530B
Application number: CN201610379049.1A
Authority: CN
Inventors: 王麒凯
Original assignee: Zhejiang Huili Capsules Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Huili Capsules Co Ltd
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2036-05-31
Also published as: CN106045530A

Abstract

本发明公开了一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，包括以下组分且各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料15～25份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料30～40份，粒度为0～1mm的棕刚玉10～20份，粒度为0～1mm的碳化硅12～18份，镁铝尖晶石3～8份，改性酚醛树脂2～6份，铝硅凝胶粉2～5份，铝酸钙水泥2～5份，金属铝粉1～3份，硅微粉1～3份，防爆纤维1～2份。本发明通过采用废旧耐火材料，不仅降低了耐火材料的生产成本，而且实现了废旧耐火材料的二次利用，节约了矿物资源，减少了耐火材料随意堆放产生的各种污染，同时还能提高出铁沟的抗渣和抗压性能，实现了耐火材料的循环利用。

Description

一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料

【技术领域】

本发明涉及耐火材料的技术领域，特别是高炉出铁沟用耐火材料的技术领域。

【背景技术】

耐火材料是用作高温窑炉、高温容器或者高温装置等热工设备中的结构材料，其广泛应用于冶金、水泥、玻璃和石油化工等各个行业。随着我国经济的快速发展，消耗的耐火材料数量正在迅速增加：2003年我国年消耗耐火材料约800万吨，用后耐火材料达到300万吨，而2008年用后耐火材料就己达到400多万吨以上。以前这些用后耐火材料的处理方式，大多数是被当成工业垃圾填埋，仅有少量得到简单利用。如果能对这些用后耐火材料进行有效地回收利用，不仅能降低耐火材料成本，同时也可以起到节约矿物资源，减少环境污染的作用。

目前，我国每年产生400多万吨用后耐火材料，除部分得到简单利用外，大多数用后耐火材料作为工业垃圾被用后和掩埋，这对于国家是一笔巨大的资源浪费。同时，用后耐火材料也会对环境造成污染，主要表现在以下几个方面：(1)粉尘；(2)沥青和树脂挥发份的污染；(3)氧化锆原料导致的放射性；(4)耐火纤维和石棉的致癌性；(5)Cr⁺⁶的致癌性；(7)结晶二氧化硅导致的矽肺病；(8)用后耐火材料占据土地。伴随世界环境问题的日益突出和可持续发展战略的需要，人们越来越关注各种类型废弃物的处理和利用。我国每年产生的400多万吨用后耐火材料若能作为二次资源得到充分的利用，不但为我国节约大量的资源，还会对保护环境起到重要的作用。根据用后耐火材料品质和处理方法的不同，用后耐火材料再生利用的途径和方法有以下几种：(1)优先考虑的是就近再利用，即哪里消耗就近使用。如钢铁厂用后镁碳砖和用后滑板，就近在钢铁厂破粉碎后，可以直接作为冶金辅料使用；(2)用后耐火材料初级使用。主要是经过破粉碎等简单加工后作为二次原料使用。如用后镁碳砖，经过破粉碎加工成不同颗粒，作为部分原料生产镁碳砖；(3)精加工成优质原料，如再尘优质镁碳砖等；(4)经过精加工和处理，使之成为优质的高附加值的材料，如微粉生产和合成新材料。通过这些途径或方法，国外钢铁企业的用后耐火材料再生利用率已达到80％以上，由于不同工业用后耐火材料回收利用率不同，有些水泥企业的用后耐火材料的回收利用率已达90％以上。总之，用后耐火材料可以应用的范围是耐火混凝土骨料、溅渣护炉添加剂、水泥和陶瓷等工业原料、磨料、再生原料的耐火产品等。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，能够降低耐火材料成本，同时节约了矿物资源，减少环境污染。

为实现上述目的，本发明提出了一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，包括以下组分且各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料15～25份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料30～40份，粒度为0～1mm的棕刚玉10～20份，粒度为0～1mm的碳化硅12～18份，镁铝尖晶石3～8份，改性酚醛树脂2～6份，铝硅凝胶粉2～5份，铝酸钙水泥2～5份，金属铝粉1～3份，硅微粉1～3份，防爆纤维1～2份。

作为优选，各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料25份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料40份，粒度为0～1mm的棕刚玉12份，粒度为0～1mm的碳化硅10份，镁铝尖晶石6份，改性酚醛树脂4份，铝硅凝胶粉3份，铝酸钙水泥3份，金属铝粉1.3份，硅微粉1.1份，防爆纤维1份。

作为优选，各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料20份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料35份，粒度为0～1mm的棕刚玉20份，粒度为0～1mm的碳化硅15份，镁铝尖晶石8份，改性酚醛树脂5份，铝硅凝胶粉2.5份，铝酸钙水泥2.8份，金属铝粉1份，硅微粉1.2份，防爆纤维1.3份。

作为优选，各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料18份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料40份，粒度为0～1mm的棕刚玉12份，粒度为0～1mm的碳化硅18份，镁铝尖晶石5份，改性酚醛树脂5份，铝硅凝胶粉4份，铝酸钙水泥4份，金属铝粉2份，硅微粉1.5份，防爆纤维2份。

作为优选，所述改性酚醛树脂为有机硅改性酚醛树脂，有机硅改性酚醛树脂中硅含量为8～12％，改性酚醛树脂具有有机材料和无机材料的双重特点，可在很宽的温度范围(-60～+1200)内保持理化性质不变。

作为优选，所述铝酸钙水泥为超高铝型的铝酸钙水泥。

作为优选，所述防爆纤维为聚乙烯醇缩甲醛纤维，聚乙烯醇缩甲醛纤维的直径为15um，聚乙烯醇缩甲醛纤维的长度为3～5mm。

本发明的有益效果：本发明通过采用废旧耐火材料，不仅降低了耐火材料的生产成本，而且实现了废旧耐火材料的二次利用，节约了矿物资源，减少了耐火材料随意堆放产生的各种污染，同时还能提高出铁沟的抗渣和抗压性能，实现了耐火材料的循环利用。

【具体实施方式】

实施例一：

采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，由以下组分构成且各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料25份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料40份，粒度为0～1mm的棕刚玉12份，粒度为0～1mm的碳化硅10份，镁铝尖晶石6份，改性酚醛树脂4份，铝硅凝胶粉3份，铝酸钙水泥3份，金属铝粉1.3份，硅微粉1.1份，防爆纤维1份。本实施例采用大量粒度为1～3mm的用后滑板破碎料和粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料40份，大大降低了高炉出铁沟用耐火材料的生产成本，并且用后铝镁砖破碎料能有效提高高炉出铁沟用耐火材料的抗渣性能，用后滑板破碎料能有效提高高炉出铁沟用耐火材料的抗压和抗折性能。

实施例二：

采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，由以下组分构成且各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料20份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料35份，粒度为0～1mm的棕刚玉20份，粒度为0～1mm的碳化硅15份，镁铝尖晶石8份，改性酚醛树脂5份，铝硅凝胶粉2.5份，铝酸钙水泥2.8份，金属铝粉1份，硅微粉1.2份，防爆纤维1.3份。本实施例的物理常温性能较好，提高了碳化硅的含量，增强了出铁沟用耐火材料的耐剥落性和耐铁水侵蚀性能。

实施例三：

采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，由以下组分构成且各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料18份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料40份，粒度为0～1mm的棕刚玉12份，粒度为0～1mm的碳化硅18份，镁铝尖晶石5份，改性酚醛树脂5份，铝硅凝胶粉4份，铝酸钙水泥4份，金属铝粉2份，硅微粉1.5份，防爆纤维2份。本实施例容易烧结，抗氧化性能和防爆性能较好。

下面为本发明中的各原料组成、性质及作用的详述：

用后滑板破碎料

滑板是连铸用功能耐火材料，它作为控制钢水流量和流速的开关，是滑动水口装置的核心部件，使用条件极其苛刻。铝碳滑板的主体原料为刚玉、高铝矾土和炭素原料，刚玉原料多选用高品位电熔白刚玉、板状刚玉等。由于滑板的使用环境，用后滑板只有孔的周围及表面受到侵蚀或产生裂纹，其他部分材料的化学和矿物组成并没有改变，内部原料品位极高，具有很大的再生利用价值，以垃圾处理会造成极大浪费，从用后滑板中获取二次颗粒原料，部分或全部替代高铝矾土原料生产耐火制品，能缓解资源危机。

用后铝镁砖破碎料

钢包是炼钢过程中储运和精炼钢水的重要设备，铝镁碳砖是其工作衬的主要耐火材料之一，随着钢铁工业的快速发展，用后钢包铝镁碳砖因为组成相对复杂大量积压而对环境造成污染，如何有效回收利用用后铝镁碳砖已成为业内所关注的焦点。目前我国还存在众多的1000m³以下单出铁口中小型高炉，其出铁沟用耐火材料为Al₂0₃-SiC-C质免烘烤捣打料或快干防爆浇注料，将用后铝镁碳砖引入其中，不仅降低了成本，节约了资源，也减少了环境污染。

棕刚玉

棕刚玉，其Al₂O₃含量在94.5％～97％，具有硬度高，韧性大，价格比较低廉，提高了原料中Al₂O₃的含量，使出铁沟用耐火材料的抗渣侵蚀性能显著提高，提高了其使用寿命。

碳化硅

碳化硅具有耐高温(2200℃分解升华)、化学稳定性好的特点，尤其是具有很高的热导率，热膨胀系数较低。而且研究表明碳化硅高温强度大、抗热冲刷性强，同时不易被金属熔体润湿、抗金属蒸汽侵蚀。另外，碳化硅还可以起到防止C被氧化的作用。所以，添加碳化硅可以增加出铁沟用耐火材料的耐剥落性和耐铁水、熔渣的侵蚀性。

镁铝尖晶石

铝镁尖晶石在高温下借助轻烧镁粉的反应活性促进Al₂O₃、MgO反应而生产，是一种性能优良的耐火原材料，它的熔点高达2135℃，化学稳定性好，对酸碱都有一定的适应性，抗FeO熔渣能力强，也具有较好的抗热震稳定性，其分布在颗粒周围和基质中，改善了出铁沟用耐火材料的抗侵蚀、抗熔渣和热震性能。

改性酚醛树脂

本发明中的改性酚醛树脂为有机硅改性酚醛树脂，其通过使用有机硅单体与线性酚醛树脂中的酚羟基或羟甲基发生反应来改进酚醛树脂的耐热性，有机硅树脂以Si-O-Si为主链，硅原子上连接有有机基团的交联型半无机高聚物，具有有机和无机材料的双重特点，可在很宽的温度范围(-60～+1200)内保持理化性质不变。

铝硅凝胶粉

随着无水泥耐火浇注料的发展，近几年开发了铝硅凝胶粉结合铁沟浇注料。这种高纯、低团聚的铝硅凝胶粉体的晶粒尺寸已达纳米尺度，晶界相的相对体积会迅速增加，表面活性很高。铝硅凝胶粉结合铁沟浇注料是依靠溶胶产生凝聚结合，它的结合强度来自凝胶，因为胶体粘结性好，在低温下凝胶结合浇注料的透气性好，有利于水分的排除，使材料抗热震性能得到提高，并且具有非常良好的高温性能。

金属铝粉

金属铝粉起到了促进炮泥的快速烧结，可以明显提高炮泥的抗折、耐压强度。在本发明中加入的金属铝粉还可以起到防氧化作用，在一定程度上保护了出铁沟耐火材料中的碳化硅和碳质原料。

防爆纤维

本发明中的防爆纤维为聚乙烯醇缩甲醛纤维，聚乙烯醇缩甲醛纤维的熔点为65℃，聚乙烯醇缩甲醛纤维的直径为15um，聚乙烯醇缩甲醛纤维的长度为3～5mm。当浇注料衬体加热烘烤时，浇注料中的水分脱除并产生大量的水蒸汽，特别是对于凝聚结合浇注料，由于在常温至100℃较短温度范围内大量自由水的脱除，使水蒸汽产生的压力瞬间积聚，突然增大对结构的破坏能力。当浇注料中加入熔点为65℃的聚乙烯醇缩甲醛纤维后，有机纤维在浇注料内部无序分布并相互“搭桥”连接，在浇注料内部大量自由水脱除之前收缩燃烧掉，从而形成的排气通道可使水蒸汽迅速地向浇注料表层扩散逸出，降低了浇注料发生爆裂的可能。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，其特征在于：由以下组分组成且各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料15～25份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料30～40份，粒度为0～1mm的棕刚玉10～20份，粒度为0～1mm的碳化硅12～18份，镁铝尖晶石3～8份，改性酚醛树脂2～6份，铝硅凝胶粉2～5份，铝酸钙水泥2～5份，金属铝粉1～3份，硅微粉1～3份，防爆纤维1～2份，所述改性酚醛树脂为有机硅改性酚醛树脂，有机硅改性酚醛树脂中硅含量为8～12%，所述防爆纤维为聚乙烯醇缩甲醛纤维，聚乙烯醇缩甲醛纤维的直径为15μm，聚乙烯醇缩甲醛纤维的长度为3～5mm。

2.如权利要求1所述的一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，其特征在于：各组分质量比例为：粒度为1～3mm的用后滑板破碎料20份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料35份，粒度为0～1mm的棕刚玉20份，粒度为0～1mm的碳化硅15份，镁铝尖晶石8份，改性酚醛树脂5份，铝硅凝胶粉2.5份，铝酸钙水泥2.8份，金属铝粉1份，硅微粉1.2份，防爆纤维1.3份。

3.如权利要求1所述的一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，其特征在于：各组分质量比例为粒度为：1～3mm的用后滑板破碎料18份，粒度为1～3mm的用后铝镁砖破碎料40份，粒度为0～1mm的棕刚玉12份，粒度为0～1mm的碳化硅18份，镁铝尖晶石5份，改性酚醛树脂5份，铝硅凝胶粉4份，铝酸钙水泥4份，金属铝粉2份，硅微粉1.5份，防爆纤维2份。

4.如权利要求1所述的一种采用废旧耐火材料的高炉出铁沟用耐火材料，其特征在于：所述铝酸钙水泥为超高铝型的铝酸钙水泥。