CN107663097B - 一种高性能致密复合钛尖晶石砖及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种高性能致密复合钛尖晶石砖及其制造方法。该高性能致密复合钛尖晶石砖旨在替代现有镁铬质耐火材料，该复合尖晶石砖具有致密程度高，气孔率低，耐压强度高等特点，易烧结，低熔点矿物极少，具备高抗渣侵蚀性能，抗热震性好，最终满足替代传统镁铬质耐火材料的目的。

Description

一种高性能致密复合钛尖晶石砖及其制造方法

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体涉及一种高性能致密复合钛尖晶石砖及其制造方法。

背景技术

镁铬质耐火材料因其良好的高温强度和抗侵蚀性能被广泛应用于水泥，有色和钢铁冶炼等行业，但是考虑到用后废弃镁铬质耐火材料对环境造成严重的污染以及我国铬矿资源的缺乏，随着近几年耐火技术的发展在水泥和钢铁行业无铬化逐步获得成功，惟独有色冶炼行业因其特殊的冶炼和操作环境，镁铬质耐火材料仍被大量使用。

随着有色冶炼技术、规模的进一步发展，致使现有镁铬质耐火材料的使用条件更加苛刻：镁铬质耐火材料在使用时必须经过机械作用、热应力和化学作用。机械作用与鼓入炉内的空气量、风口参数以及风口操作密切相关；热应力和化学应力作用则与耐火材料的性质、操作工艺有很大的联系。由化学作用引起的破坏形式称为化学侵蚀。化学侵蚀是指耐火材料同炉渣、熔体、粉尘、烟气等物质之间的(物理、化学)反应对砖体所造成的破坏．主要表现形式为渣蚀、溶蚀、含活性氧和硫的金属熔体渗透以及SO₂气体的侵蚀。

针对上述有色冶炼用耐火材料使用环境分析，研发出一种无污染、高使用寿命的产品替代现有镁铬质耐火材料，对有色冶炼可持续发展具有重要的实际意义和应用前景。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种高性能致密复合钛尖晶石砖及其制造方法，旨在替代现有镁铬质耐火材料，该复合尖晶石砖具有致密程度高，气孔率低，耐压强度高等特点，易烧结，低熔点矿物极少，具备高抗渣侵蚀性能，抗热震性好，最终满足替代传统镁铬质耐火材料的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种高性能致密复合钛尖晶石砖，该复合尖晶石砖是由以下原料按重量份数配比而成：

5-8mm 致密复合钛尖晶石 5-10份、

3-5mm 致密复合钛尖晶石 10-15份、

0.074-3mm 致密复合钛尖晶石 10-15份、

≤ 0.074mm 致密复合钛尖晶石细粉 5-10份、

5-8mm 电熔镁砂 5-10份、

3-5mm 电熔镁砂 20-25份、

0.074-3mm 电熔镁砂 20-25份、

≤ 0.074mm 电熔镁砂细粉 5-10份、

≤ 0.074mm 钛白粉 3-8份、

纳米级 海水镁砂细粉 5-8份、

uf-Al2O3 微粉 5-10份、

复合结合剂 3-5份；

所述致密复合钛尖晶石、纳米级海水镁砂细粉、电熔镁砂理化指标如下：

项 目	致密复合钛尖晶石	纳米级海水镁砂细粉	电熔镁砂
				MgO, %	≥77.00	≥98.00	≥97.50
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≥12.00	≤0.60	≤1.00
				Ti<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≥6.00	-	-
∑SiO<sub>2</sub>+ Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≤1.00	≤0.80	≤1.50
				CaO/SiO<sub>2</sub>	-	≥2	≥2
体积密度, g/cm<sup>3</sup>	≥3.30	≥3.50	≥3.40

所述uf-Al₂O₃微粉中Al₂O₃ 含量≥ 99% ，钛白粉中TiO2含量≥99%。

所述复合结合剂由二氯氧化锆、木质素磺酸钙和水在密封压力容器中经过溶解—析晶反应后，配制而成。

一种高性能致密复合钛尖晶石砖的制造方法，包括如下步骤：

（1）原料破碎：将所述含钛尖晶石和电熔镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分、磨粉，制成粒度分别为5-8mm、3-5mm、0.074-3mm的颗粒料与粒度为≤0.074mm细粉料。

（2）细粉预混：将纳米级海水镁砂细粉与uf-Al2O3 微粉按要求所需的重量份数配比混合均匀。

（3）混料：将所有原料按要求所述重量份送入高速混炼机内进行混练，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、3-5mm、0.074-3mm的含钛尖晶石及电熔镁砂混合5分钟，然后加入结合剂混合5分钟，再加入步骤（2）预混好的细粉混合8分钟，混合均匀后出料。

（4）成型：称取规定重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，高压成型。

（5）干燥：成型砖坯在干燥窑内干燥12-15小时，干燥温度70-100度。

（6）烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，烧成温度1600-1650℃。

（7）拣选、加工及包装：出窑冷却后经拣选、包装后入成品库。

优选的，步骤（4）成型时加压制度采用先轻后重的原则进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于。

1、通过引入高致密和低杂质的致密复合钛尖晶石，CaO/SiO₂≥2的高纯度海水镁砂和电熔镁砂，利用致密复合钛尖晶石高致密度和低杂质的特性，提高成品砖体积密度，降低气孔率，减少低熔点矿物相，使产品具备很好的抗炉渣渗透性和抗剥落性。

2、复合尖晶石砖引入致密复合钛尖晶石经过高温烧成，镁尖晶石固溶一定量的镁钛尖晶石后，使得镁尖晶石的活性增强，促进烧结，提高体积密度，降低气孔率。

3、引入的致密复合钛尖晶石中的Mg₂TiO₄可与熔渣中CaO反应生成高熔点CaTiO₃（熔点1915℃），此物质堵塞在气孔中极大增强了复合尖晶石砖抵抗熔渣侵蚀的能力。

4、以粒径在10-50nm之间的纳米级海水镁砂和细度＜ 1um uf-Al₂O₃ 微粉强化基质，增加其比表面积，降低烧结温度，易烧结，高温烧成后的制品基质部分结合更加致密，提高体积密度和耐压强度，增加颗粒间直接结合强度，提高高温强度和热震稳定性。

5、复合结合剂由二氯氧化锆、木质素磺酸钙和水在密封压力容器中经过溶解—析晶反应后，配制而成，复合结合剂可使砖中镁砂颗粒间趋向出现大量次生尖晶石，提高致密度进而提高砖抗渣侵蚀性能。

综上所述，本发明生产出的高性能致密复合钛尖晶石砖具有易烧结，低熔点矿物极少，具备高抗渣侵蚀性能，抗热震性好，致密程度高，气孔率低，耐压强度高等特点，最终满足替代传统镁铬质耐火材料的目的。该系列制品可以用在有色冶炼的转炉、阳极炉等设备炉上，特别是在转炉和阳极炉上，可完全替代镁铬质耐火材料使用。

实施例1

一种高性能致密复合钛尖晶石砖，是由以下原料按重量份配比制成的：

5-8mm 致密复合钛尖晶石 5份、

3-5mm 致密复合钛尖晶石 10份、

0.074-3mm 致密复合钛尖晶石 10份、

≤ 0.074mm 致密复合钛尖晶石细粉 5份、

5-8mm 电熔镁砂 5份、

3-5mm 电熔镁砂 20份、

0.074-3mm 电熔镁砂 20份、

≤ 0.074mm 电熔镁砂细粉 5份、

≤ 0.074mm 钛白粉 3份、

纳米级 海水镁砂细粉 5份、

uf-Al2O3 微粉 9份、

复合结合剂 3份。

所述纳米级海水镁砂细粉、致密复合钛尖晶石、电熔镁砂理化指标如下：

项 目	致密复合钛尖晶石	纳米级海水镁砂细粉	电熔镁砂
				MgO, %	≥77.00	≥98.00	≥97.50
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≥12.00	≤0.60	≤1.00
				Ti<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≥6.00	-	-
∑SiO<sub>2</sub>+ Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≤1.00	≤0.80	≤1.50
				CaO/SiO<sub>2</sub>	-	≥2	≥2
体积密度, g/cm<sup>3</sup>	≥3.30	≥3.50	≥3.40

上述一种高性能致密复合钛尖晶石砖的制造方法，包括如下工艺步骤：

1）原料破碎：将所述致密复合钛尖晶石和电熔镁砂原料分别依次经过颚式破碎机、对辊式破碎机及雷蒙粉磨机进行破碎、筛分、磨粉，制成粒度分别为5-8mm、3-5mm、0.074-3mm的颗粒料与粒度为≤0.074mm细粉料。

2）细粉预混：将纳米级海水镁砂细粉与uf-Al2O3 微粉按要求所需的重量份配比混合均匀；

3）混料：将所有原料按要求所述重量份送入高速混炼机内进行混练，其加料顺序依次为：先将粒度为5-8mm、3-5mm、0.074-3mm的致密复合钛尖晶石及电熔镁砂混合5分钟，然后加入结合剂混合5分钟，再加入步骤（2）预混好的细粉混合8分钟，混合均匀后出料；

4）成型：称取规定重量泥料，均匀置入压砖机模腔内，千吨压力机高压成型，成型时加压制度采用先轻后重的原则进行；

5）干燥：成型砖坯在干燥窑内干燥12小时，干燥温度70度。

6）烧成：将上述成型砖坯码放到隧道窑窑车上，直接经隧道窑进行高温烧成，烧成温度1650℃；

该实施例成品测试结果见表1。

实施例2

一种高性能致密复合钛尖晶石砖，是由以下原料按重量份配比制成的：

5-8mm 致密复合钛尖晶石 8份、

3-5mm 致密复合钛尖晶石 10份、

0.074-3mm 致密复合钛尖晶石 10份、

≤ 0.074mm 致密复合钛尖晶石细粉 7份、

5-8mm 电熔镁砂 8份、

3-5mm 电熔镁砂 17份、

0.074-3mm 电熔镁砂 15份、

≤ 0.074mm 电熔镁砂细粉 5份、

≤ 0.074mm 钛白粉 5份、

纳米级 海水镁砂细粉 5份、

uf-Al2O3 微粉 6份、

复合结合剂 4份。

所述纳米级海水镁砂细粉、致密复合钛尖晶石、电熔镁砂理化指标如下：

项 目	致密复合钛尖晶石	纳米级海水镁砂细粉	电熔镁砂
				MgO, %	≥77.00	≥98.00	≥97.50
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≥12.00	≤0.60	≤1.00
				Ti<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≥6.00	-	-
∑SiO<sub>2</sub>+ Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≤1.00	≤0.80	≤1.50
				CaO/SiO<sub>2</sub>	-	≥2	≥2
体积密度, g/cm<sup>3</sup>	≥3.30	≥3.50	≥3.40

上述一种高性能致密复合钛尖晶石砖的制造方法，其工艺步骤与实施例1所述工艺步骤相同。该实施例成品测试结果见表1。

实施例3

一种高性能致密复合钛尖晶石砖，是由以下原料按重量份配比制成的：

5-8mm 致密复合钛尖晶石 10份、

3-5mm 致密复合钛尖晶石 10份、

0.074-3mm 致密复合钛尖晶石 10份、

≤ 0.074mm 致密复合钛尖晶石细粉 5份、

5-8mm 电熔镁砂 10份、

3-5mm 电熔镁砂 20份、

0.074-3mm 电熔镁砂 15份、

≤ 0.074mm 电熔镁砂细粉 5份、

≤ 0.074mm 钛白粉 4份、

纳米级 海水镁砂细粉 6份、

uf-Al2O3 微粉 5份、

复合结合剂 5份；

所述纳米级海水镁砂细粉、致密复合钛尖晶石、电熔镁砂理化指标如下：

项 目	致密复合钛尖晶石	纳米级海水镁砂细粉	电熔镁砂
				MgO, %	≥77.00	≥98.00	≥97.50
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≥12.00	≤0.60	≤1.00
				Ti<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≥6.00	-	-
∑SiO<sub>2</sub>+ Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, %	≤1.00	≤0.80	≤1.50
				CaO/SiO<sub>2</sub>	-	≥2	≥2
体积密度, g/cm<sup>3</sup>	≥3.30	≥3.50	≥3.40

上述一种高性能致密复合钛尖晶石砖的制造方法，其工艺步骤与实施例1所述工艺步骤相同。该实施例成品测试结果见表1。

表 1

传统镁铬砖使用镁砂，合成镁铬砂和铬矿生产，详细指标见上表。

通过结果可见，与传统的镁铬砖相比，本发明的复合钛尖晶石砖性能更优，

具有高致密度和低杂质的特性，提高成品砖体积密度，降低气孔率，显著提高高温强度和热震稳定性。

通过铜渣侵蚀试验采用国标GB/T 8931—1988 耐火材料抗渣性试验方法（试验温 度1600℃，回转速度3转每分钟，换渣频率2小时10次，合计试验时间20小时），对比4组试样 侵蚀结果如下。

传统镁铬砖	实例1	实例2	实例3
				熔损深度：13.7mm	熔损深度：7.6	熔损深度：11.5	熔损深度：9.2
渗透深度：17.1mm	渗透深度：10.7	渗透深度：14.8	渗透深度：12.9

通过结果可见，与传统的镁铬砖相比，本发明的复合钛尖晶石砖具备很好的抗炉渣渗透性和抗剥落性，极大增强了复合钛尖晶石砖抵抗熔渣侵蚀的能力。

Claims (1)

1.一种高性能致密复合钛尖晶石砖，其特征在于：该致密复合钛尖晶石砖是由以下原料按重量份数配比而成：

5-8mm 致密复合钛尖晶石 5-10份、

3-5mm 致密复合钛尖晶石 10-15份、

0.074-3mm 致密复合钛尖晶石 10-15份、

≤ 0.074mm 致密复合钛尖晶石细粉 5-10份、

5-8mm 电熔镁砂 5-10份、

3-5mm 电熔镁砂 20-25份、

0.074-3mm 电熔镁砂 20-25份、

≤ 0.074mm 电熔镁砂细粉 5-10份、

≤ 0.074mm 钛白粉 3-8份、

纳米级 海水镁砂细粉 5-8份、

uf-Al₂O₃ 微粉 5-10份、

复合结合剂 3-5份；

所述uf-Al₂O₃微粉中Al₂O₃ 含量≥ 99% ，所述钛白粉中TiO₂含量≥99%；

所述纳米级海水镁砂的粒度为10-50nm，所述uf-Al₂O₃细度＜ 1um；

所述复合结合剂由二氯氧化锆、木质素磺酸钙和水在密封压力容器中经过溶解—析晶反应后，配制而成。