CN112679201B

CN112679201B - 一种以铝铬渣为主要原料的无水泥铝镁铬浇注料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN112679201B
Application number: CN202011545166.3A
Authority: CN
Inventors: 陈建军; 章荣会; 赵勇; 卢永刚; 刘贯重
Original assignee: Nanjing Allied Rongda Construction Material Co ltd
Current assignee: Nanjing Allied Rongda Construction Material Co ltd
Priority date: 2020-12-24
Filing date: 2020-12-24
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2040-12-24
Also published as: CN112679201A

Abstract

本发明属于耐火材料浇注料技术领域，具体涉及一种以铝铬渣为主要原料的无水泥铝镁铬浇注料及其制备方法与应用。所述无水泥铝镁铬浇注料包括骨料、基质料及结合剂；骨料包括氧化铝含量大于80％、氧化铬含量大于5％的铝铬渣颗粒，氧化铝含量大于85％的高铝矾土颗粒和氧化镁含量大于90％的回收镁砂颗粒；基质料包括320目以下的氧化铝含量大于98％的白刚玉料；结合剂包括200目以下的氧化镁含量大于95％的烧结镁砂粉、二氧化硅含量大于92％的二氧化硅微粉、氧化铝含量大于98％的α氧化铝微粉和氧化铬微粉。所述浇注料具有优异的高温强度、抗渣渗透力及热震稳定性，可用于冶金行业产生的固体废料的金属回收回转窑、转底炉中高温还原带，显著提高窑炉使用寿命。

Description

一种以铝铬渣为主要原料的无水泥铝镁铬浇注料及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于耐火材料浇注料技术领域，具体涉及一种以铝铬渣为主要原料的无水泥铝镁铬浇注料及其制备方法与应用。

背景技术

铝铬渣是是铝热还原法冶铬过程中产生的固体废弃物，大量堆积会给企业和社会带来了巨大的经济和环境压力。现在技术利用铝铬渣生产铝铬砖，并应用于炼锌炉，取得了良好的效果；但由于铝铬砖高温烧成能耗高、不环保，同时现在高温行业对耐火砖的使用量不断下降，导致铝铬渣的固废消耗量小。为此，现有技术又提出使用铝铬渣制成浇注料，提高铝铬渣的使用范围和使用量。

CN111004041A公开一种以铝铬渣为主料的钢包包底浇注料，其采用包括以下质量分数的原料制成：铝铬渣：50％～60％，白刚玉：30％～40％，电熔镁砂：2％～8％，纯铝酸钙水泥(结合剂)：4％～10％，α-氧化铝微粉：2％～ 11％，三聚磷酸钠(减水剂)：0.06％～0.1％，金属铝粉：0.03％～0.1％，有机纤维(防爆剂)：0.06％～0.3％。该浇注料具有较好的热震稳定性和抗侵蚀性能。

然而，现有研究表明，水泥结合剂中的氧化钙会导致耐火材料在高温生成钙长石，钙铝黄长石和铝酸三钙等低熔点相，降低了材料的高温强度，影响窑炉的使用寿命。而且还需要格外注意养护和脱水过程，避免在初次加热过程中出现剥落甚至爆裂现象。

为此，现有研究开发了无水泥结合剂，包括水合氧化铝、磷酸盐和硅溶胶等。如CN108358619A公开了一种以铝铬渣为主料的无水泥的浇注料及其制备方法，其以58～63wt％的铝铬渣颗粒为骨料，以12～17wt％的铝铬渣细粉、 12～17wt％的γ-氧化铝微粉、5～10wt％的电熔镁砂细粉、1～2wt％的碳化钛微粉和1～2wt％硅粉为基质料；先将所述基质料混匀，再将混匀后的基质料加入所述骨料中，混合均匀，得到混合料；然后向所述混合料中依次加入占所述混合料4～7wt％的硅溶胶(结合剂)和0.01～0.02wt％羧甲基纤维素(结合剂)，搅拌均匀，振动成型，于室温条件下养护12～24小时，在90～110℃条件下保温12～24h，制得循环流化床锅炉烟道浇注料。所得浇注料强度大、导热系数小和抗渣侵蚀性强。

然而，上述材料中的氧化硅含量大，在大于1350℃的情况下生产低熔点的镁橄榄石，只能使用在温度较低(1300℃以下)的循环流化床锅炉烟道中，不能用于高温的环境下。而且硅溶胶结合的浇注料的施工性能不如水方便，气温较低的情况下还须给硅溶胶加热才能使用。

现有技术还开发了复合微粉结合剂，如CN101555154A公开了一种浇注料，其结合剂为镁砂粉和二氧化硅微粉。但该浇注料存在抗渣渗透性和抗剥落性较差。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种以铝铬渣为主要原料的无水泥铝镁铬浇注料，其具有优异的高温强度、抗渣渗透性及热震稳定性，适用于金属冶炼产生的固体废料的金属回收回转窑、转底炉中的高温还原带，可大幅提高窑炉的使用寿命。

本发明所述的无水泥铝镁铬浇注料，包括骨料、基质料及结合剂；其中：

骨料包括：氧化铝含量大于80％、氧化铬含量大于5％的铝铬渣颗粒；氧化铝含量大于85％的高铝矾土颗粒；氧化镁含量大于90％的回收镁砂颗粒；

基质料包括：320目以下的氧化铝含量大于98％的白刚玉料；

结合剂包括：200目以下的氧化镁含量大于95％的烧结镁砂粉、二氧化硅含量大于92％的二氧化硅微粉、氧化铝含量大于98％的α氧化铝微粉和氧化铬微粉。

本发明在骨料中加入5-10％的回收镁砂3-1mm颗粒，在使用过程中其与结合剂中的氧化铝微粉反应，生产尖晶石高温相，产生一定的体积膨胀，防止材料的收缩开裂。通过硅微粉与200目的烧结镁砂料复合得到的结合剂代替硅溶胶结合剂，MgO细粉与硅微粉共用时硅微粉水化形成Si-O-Si键产生强度，同时又抑制了镁砂的水化。而氧化铬微粉的加入提高了浇注料的强度和抗渣性。

本发明通过筛选特定的骨料、结合剂组分，使其发挥协同作用，显著提高以铝铬渣为主料的无水泥铝镁浇注料的高温强度、抗渣渗透力及热震稳定性，从而扩大浇注料的使用范围，可用于高、中、低温热工设备的制备，提高了浇注料的价值和使用量。

优选地，按质量分数计，所述骨料中，氧化铝含量大于80％、氧化铬含量大于5％的铝铬渣颗粒20-25％；氧化铝含量大于85％的高铝矾土颗粒20-40％；氧化镁含量大于90％的回收镁砂颗粒5-10％。

研究表明，上述三种颗粒按比例复配后，因其热膨胀系数不同，颗粒之间存在微裂纹，能够释放热应力，提高了浇注料的抗剥落性能，同时在使用过程中微膨胀，防止浇注料收缩。

所述骨料的颗粒级配为8-5mm、5-3mm、3-1mm、1-0mm四档。

所述骨料与结合剂的质量比为(65-70)：(15-20)。

研究表明，采用四档级配及控制骨料与结合剂的质量比例，可以保证浇注料的紧密堆积，提高浇注料的密度，降低气孔率，提高抗渣的渗透性。

作为本发明的具体实施方式之一，所述无水泥铝镁铬浇注料包括如下质量分数的组分：

所述无水泥铝镁铬浇注料中，颗粒级配为：

通过对骨料、基质料和结合剂中组分的具体选择及用量比例的调整，进一步提高浇注料的高温强度、抗渣渗透力及热震稳定性。

所述无水泥铝镁铬浇注料还包括减水剂；所述减水剂的添加量为所述骨料、基质料及结合剂总质量的0.15-0.2％。优选地，所述减水剂为三聚磷酸钠、P530或六偏磷酸钠。通过选择合适的减水剂，可减少材料施工加水量，提高材料的常温强度。

所述无水泥铝镁铬浇注料还包括防爆剂；所述防爆剂的添加量为所述骨料、基质料及结合剂总质量的0.05-0.1％。研究表明，添加适当的防爆剂，可提高浇注料的防爆性能，便于浇注料的快速烘烤。

本发明所述无水泥铝镁铬浇注料的性能指标参数如下：

表1

指标	单位	数值
			常温强度，110℃×24小时	MPa	>70
高温强度，1500℃×3小时	MPa	>80
			线变化率，1500℃×3小时	％	0-+0.6
渗透深度，1500℃×3小时(电炉收尘粉150g)	目测	无明显渗透
			体积密度	g/cm<sup>3</sup>	>2.90
热震稳定性，1100℃水冷	次	>15

本发明的第二目的是提供上述以铝铬渣为主要原料的无水泥铝镁铬浇注料的制备方法。

所述无水泥铝镁铬浇注料的制备方法，包括将各原料混练；其特征在于，所述结合剂先预混后再与其他原料混合；所述混练的加料顺序为：骨料、基质料、结合剂。

在现场应用中，浇注料产品采用强制搅拌机混料，根据要求加生活用水，混合2-3min即可出料；根据热工设备的不同要求来支设模具，将混练好的浇注料加入模具中，边加料边用震动棒震动，浇注到合适的尺寸即可；浇注体自然养护24小时以上即可脱模，烘烤使用。

本发明的第三目的是提供上述以铝铬渣为原料的无水泥铝镁铬浇注料在金属冶炼产生的固体废料的金属回收回转窑或转底炉中的应用；优选地，应用于所述金属回收回转窑或转底炉的高温还原带中，可提高抗渗透、抗剥落能力，大幅延长窑炉的使用寿命。

本发明取得的有益效果如下：

(1)本发明提高了固废铝铬渣、回收镁砂的利用率，加大固废资源化利用，降低了材料的成本。

(2)本发明采用铝镁铬浇注料替代现有的高温烧成铝铬砖，降低产品的能耗，保护环境。

(3)本发明采用无水泥结合剂并加入铝铬渣，提高了浇注料的高温性能和抗渣的渗透性。

(4)本发明采用复合结合剂取代硅溶胶类无水泥结合剂，提高了浇注料施工的简易性，同时又提高了浇注料的高温性能，可用于高温窑炉。

附图说明

图1为加铝铬渣的无水泥浇注料和不加铝铬渣的无水泥浇注料的抗渣对比图。其中左侧为对比例1，右侧为实施例1。

图2为加铝铬渣的无水泥浇注料和铝铬砖的抗渣对比图。其中左侧为实施例1，右侧为铝铬砖。

图3为回转窑浇注料施工现场支模和浇注照片。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例及对比例

一种以铝铬渣为原料的无水泥铝镁铬浇注料，具体组成如下：

表2

其制备步骤如下：

(1)按配比准确称量结合剂、减水剂、防爆剂用双轴混练机混8-10分钟，得到预混料，备用。

(2)按配比准确称量骨料、基质料、预混料，加入行星式混练机中混合 2-3分钟出料即为浇注料成品。

(3)在现场将浇注料产品放入强制搅拌机中，按配比加入生活用水，混练2-3分钟出料。

(4)将混好的浇注料加入模具中，边加料边用震动棒震动，浇注到合适的尺寸即可；浇注体自然养护24小时以上即可脱模，烘烤使用。

效果验证

1、实施例及对比例所得无水泥铝镁铬浇注料的理化指标对比结果如下表。

对比例3为CN108358619A所得浇注料。

表3

从上表可以看出：

(1)实施例1和对比例1的结合剂中加入氧化铬微粉可以提高浇注料的常温强度和高温强度，其抗渣渗透性也能改善。

(2)对比例3未提供常温强度，根据试验可知硅溶胶常温硬化慢，强度只有15MPa左右。

(3)实施例1及对比例2因加入铝铬渣提高了浇注料的抗渣渗透性。

2、实施例1的抗渣能力考查

图3为回转窑浇注料施工现场支模和浇注照片。

由图可知，实施例1因加入铝铬渣提高了浇注料的抗渣渗透性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种无水泥铝镁铬浇注料，包括骨料、基质料及结合剂；其特征在于，

所述骨料的颗粒级配为8-5mm、5-3mm、3-1mm、1-0mm四档；

基质料包括：320目以下的氧化铝含量大于98％的白刚玉料；

结合剂包括：200目的氧化镁含量大于95％的烧结镁砂粉、二氧化硅含量大于92％的二氧化硅微粉、氧化铝含量大于98％的α氧化铝微粉和氧化铬微粉；

所述骨料与结合剂的质量比为(65-70)：(15-20)；

所述无水泥铝镁铬浇注料包括如下质量分数的组分：

2.根据权利要求1所述的无水泥铝镁铬浇注料，其特征在于，所述无水泥铝镁铬浇注料中，颗粒级配为：

3.根据权利要求2所述的无水泥铝镁铬浇注料，其特征在于，所述无水泥铝镁铬浇注料还包括减水剂；所述减水剂的添加量为所述骨料、基质料及结合剂总质量的0.15-0.2％。

4.根据权利要求3所述的无水泥铝镁铬浇注料，其特征在于，所述减水剂为三聚磷酸钠、P530或六偏磷酸钠。

5.根据权利要求4所述的无水泥铝镁铬浇注料，其特征在于，所述无水泥铝镁铬浇注料还包括防爆剂；所述防爆剂的添加量为所述骨料、基质料及结合剂总质量的0.05-0.1％。

6.权利要求1-5任一项所述无水泥铝镁铬浇注料的制备方法，包括将各原料混练；其特征在于，所述结合剂先预混后再与其他原料混合；所述混练的加料顺序为：骨料、基质料、结合剂。

7.权利要求1-5任一项所述无水泥铝镁铬浇注料在金属冶炼产生的固体废料的金属回收回转窑或转底炉中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，应用于所述金属回收回转窑或转底炉的高温还原带中。