一种能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料及镁铁砖制备工艺

摘要

本发明公开一种能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料及镁铁砖制备工艺，镁铁砖制备原料中包含有镁铁砂；在所述镁铁砂中：MgO的质量百分含量为20-70wt％，Fe

说明书

技术领域

本发明涉及耐火材料生产和应用技术领域，具体涉及到一种能提高镁铁 砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料。

背景技术

水泥回转窑烧成带用砖经历了高铝砖、镁铬砖、镁铝砖、镁铝尖晶石砖， 到目前的镁铝铁尖晶石砖。由于人们环保意识的增强，镁铬砖已逐步退出市 场。随着窑径和运转速度的提高，窑内工况变得愈加恶劣，势必需求性能更 加优异的耐火材料。由于良好的挂窑皮性能和抗热震性能，镁铝铁尖晶石砖 已常见于水泥窑的高温带。

迄今，镁铝铁尖晶石砖的制备方法主要有三种。以奥地利奥鎂公司为代 表采用烧结或电熔镁砂和铁铝尖晶石为主要原料生产的镁铝铁尖晶石砖，如 专利US5569631、US5573987和US5723394。第二种是以国内瑞泰科技公司为 代表采用含铁镁砂和镁铝尖晶石为主要原料生产的镁铝铁尖晶石砖，如专利 CN200510055648.X和CN201010582954.X。还有一种是以镁砂、镁铝尖晶石和 氧化铁粉或铁粉为主要原料生产的镁铝铁尖晶石，如专利 CN201210354919.1。其中第一种方法最常见，所用铁铝尖晶石大多由电熔法 制得。

然而经检测发现，不论哪种镁铝铁尖晶石砖，它们的高温抗折强度都偏 低，通常小于2MPa。众所周知，水泥窑在旋转过程中会产生剪切应力，垂直 作用于砖的大面，如能提高砖体的高温抗折强度便可延长其使用寿命。再者， 游离的Al₂O₃不利于挂窑皮，同时镁铝尖晶石惧怕CaO/SiO₂比高的硅酸盐 (C₃S、C₂S)和C₄AF，它们之间形成的共熔物均为低熔点化合物，窑皮会因 此烧流和垮落，砖体结构也会因尖晶石的熔蚀而遭到损毁。这也是镁铝尖晶 石砖不适合在水泥窑烧成带使用的主要原因。所以对于烧成带用砖而言，在 保证挂窑皮的前提下，尽可能降低Al₂O₃含量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能提高镁铁砖高温抗 折强度的镁铁砖制备原料，使得生产的镁铁砖的高温抗折强度大大提高，满 足实际生产需要。

本发明的技术方案是这样实现的：一种能提高镁铁砖高温抗折强度的镁 铁砖制备原料，镁铁砖制备原料中包含有镁铁砂；在所述镁铁砂中：MgO的 质量百分含量为20-70wt％，Fe₂O₃的质量百分含量为30-80wt％，杂质的质量 百分含量小于或等于2wt％。

上述能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，镁铁砖制备原料由 镁砂和所述镁铁砂组成，所述镁铁砂在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为 4-15wt％。

上述能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，所述镁砂为烧结镁 砂和电熔镁砂中的任意一种或两种，所述烧结镁砂和所述电熔镁砂中MgO的 质量百分含量均大于或等于95wt％。

上述能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，所述镁铁砂的制备 步骤如下：

(1)将氧化铁和氧化镁磨成粒度为300-500目的细粉；

(2)按权利要求1中所述的MgO和Fe₂O₃的重量配比取料，并进行混合；

(3)将混合物料放入电弧炉中，于2800-3200℃熔融；

(4)将熔融料在自然条件下，冷却6-7天，破砣，即得所述镁铁砂。

上述能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，所述镁砂由高纯镁 砂和所述电熔镁砂组成；在镁铁砖制备原料中：粒度小于或等于5mm且大于 1mm的镁砂的质量百分含量为40-50wt％，粒度小于或等于1mm且大于0.088mm 的镁砂的质量百分含量为15-20wt％，粒度小于或等于0.088mm的镁砂的质量 百分含量为30-35wt％。在本领域中：烧结镁砂分为重烧镁砂、中档镁砂和高 纯镁砂三种。

上述能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，所述镁砂为高纯镁 砂，在镁铁砖制备原料中：MgO的质量百分含量为97wt％且粒度小于或等于 5mm且大于3mm的高纯镁砂的质量百分含量为10-15wt％；MgO的质量百分含 量为97wt％且粒度小于或等于3mm且大于1mm的高纯镁砂的质量百分含量为 25-40wt％；MgO的质量百分含量为97wt％且粒度小于或等于1mm且大于 0.088mm的高纯镁砂的质量百分含量为15-20wt％；MgO的质量百分含量为 97wt％且粒度为180目的高纯镁砂的质量百分含量为30-35wt％。

上述能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，所述镁砂由高纯镁 砂和所述电熔镁砂组成，在镁铁砖制备原料中：MgO的质量百分含量为97wt％ 且粒度小于或等于5mm且大于3mm的高纯镁砂的质量百分含量为10-15wt％； MgO的质量百分含量为97wt％且粒度小于或等于3mm且大于1mm的高纯镁砂的 质量百分含量为25-40wt％；MgO的质量百分含量为97wt％且粒度小于或等于 1mm且大于0.088mm的高纯镁砂的质量百分含量为15-20wt％；MgO的质量百 分含量为97wt％且粒度为180目的电熔镁砂的质量百分含量为30-35wt％。

上述能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，所述镁砂由高纯镁 砂和所述电熔镁砂组成，在镁铁砖制备原料中：MgO的质量百分含量为97wt％ 且粒度小于或等于5mm且大于3mm的高纯镁砂的质量百分含量为10-15wt％； MgO的质量百分含量为97wt％且粒度小于或等于3mm且大于1mm的高纯镁砂的 质量百分含量为25-40wt％；MgO的质量百分含量为97wt％且粒度小于或等于 1mm且大于0.088mm的电熔镁砂的质量百分含量为15-20wt％；MgO的质量百 分含量为97wt％且粒度为180目的高纯镁砂的质量百分含量为20-35wt％；MgO 的质量百分含量为97wt％且粒度为180目的电熔镁砂的质量百分含量为 0-15wt％。

上述能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，所述镁铁砂为电熔 镁铁砂，颗粒级配为大于0mm且小于或等于3mm。

利用上述镁铁砖制备原料的镁铁砖制备工艺，包括如下步骤：

(1)按照镁铁砖制备原料中各组分配比称取各组分；

(2)将粒度大于0.088mm的物料加入混碾机内进行混合1-2分钟，然后 加入纸浆废液混合3-4分钟，所述纸浆废液为所述镁铁砖制备原料总质量的 2.5-3.5wt％，所述纸浆废液的密度为1.15-1.25g/cm^-3，再加入粒度小于或等 于0.088mm的物料混合3-4分钟；

(3)称取混合后的原料放入模具内经630吨摩擦压力机或630吨液压压 力机制成砖坯，经110-120℃干燥24h后，于1520-1610℃高温烧制即得镁铁 砖。

本发明的有益效果是：

利用本发明镁铁砖制备原料制备出来的镁铁砖能够弥补镁铝铁尖晶石砖 的高温抗折强度低的缺陷，同时可极大削弱Al₂O₃对砖体的不利影响。制备出 来的镁铁砖的高温抗折强度可达10MPa以上，其中Al₂O₃的含量可低至 0.2wt％。

利用本发明镁铁砖制备原料制备出来的镁铁砖适用于水泥窑烧成带、RH 炉内衬以及其它对高温抗折强度要求较高的高温窑炉设备。本发明所涉及的 原料种类少、制备工艺简单、原料及制品生产过程均无污染。

水泥窑烧成带内衬使用的主要是镁铁铝尖晶石砖，其主要物料是镁砂和 铁铝尖晶石(化学成分：Fe₂O₃+Al₂O₃)or镁铁铝复合尖晶石(化学成分： MgO+Fe₂O₃+Al₂O₃)。也有产品采用的物料是含铁镁砂(MgO>90wt％，Fe₂O₃<7wt％) 和镁铝尖晶石(化学成分：MgO+Al₂O₃)。不管采用哪种物料组成，最终制品 的高温抗折强度均低于2MPa。

本发明对镁铁砂的化学组成进行调整，控制MgO含量为20-70wt％、Fe₂O₃为30-80wt％。以这种镁铁砂与高纯镁砂或电熔镁砂为原料，所得制品体现出 极高的高温抗折强度，达10MPa以上。虽然最终镁铁砖制品的化学组成与现 有产品无异，但由于这种特定的镁铁砂的参与，使得镁铁砖制品的性能有显 著提升，尤其是高温抗折强度达10MPa以上。

由于传统含铁镁砂中的Fe₂O₃含量低，镁铁固溶体是其主物相，铁物种不 会从方镁石晶体中脱溶。而本发明专利申请中选用的镁铁砂含有较多的 Fe₂O₃，主要物相包括镁铁固溶体和镁铁尖晶石，部分铁物种会从方镁石晶体 中脱溶出来，与周边的镁砂产生互扩散，缝合镁砂与镁铁砂的间隙，提高镁 砂与镁铁砂的直接结合程度。同时，镁铁尖晶石作为高温性能优异的物相也 起到类似的桥梁作用。因此，使得镁铁砂的制品显示极高的高温抗折强度， 且气孔率低。

截至目前，RH炉内衬仍然以镁铬砖为主，近年环保压力加大，许多大型 钢厂着手采用无铬产品，目前以镁尖晶石砖为主，但其使用寿命相比镁铬砖 仍存在一定距离。利用本发明专利申请中的镁铁砖制备原料得到的镁铁砖， 具有环保、高强度、低气孔率等特点，可抵抗钢水的冲刷和熔渣的侵蚀，是 RH炉内衬的重要选择。

附图说明

图1实施例4所用镁铁砂原料的物相组成(XRD)；

图2实施例4所得的镁铁砖中镁铁砂与镁砂共处的微观形貌(SEM)；

图3实施例4所得的镁铁砖中镁铁砂颗粒的微观特征(SEM)。

具体实施方式

实施例1

一种能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，镁铁砖制备原料由 如下组分组成：

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于5mm且大于3mm的高纯镁 砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为18wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于3mm且大于1mm的高纯镁 砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为21wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于1mm且大于0.088mm的高 纯镁砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为20wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度为180目的高纯镁砂，其在镁铁砖制 备原料中的质量百分含量为35wt％；

粒度小于或等于3mm且大于1mm的镁铁砂，其在镁铁砖制备原料中的质 量百分含量为6wt％；其中：镁铁砂中MgO的质量百分含量为25wt％，Fe₂O₃的质量百分含量为73wt％,杂质的质量百分含量为2wt％。所述镁铁砂的制备步 骤如下：(1)将氧化铁和氧化镁磨成粒度为425-500目的细粉；(2)按本实 施例镁铁砂中所述的MgO和Fe₂O₃的重量配比取料，并进行混合；(3)将混 合物料放入电弧炉中，于2800-3000℃熔融；(4)将熔融料在自然条件下， 冷却6-7天，破砣，即得所述镁铁砂。

利用本实施例所述的镁铁砖制备原料的镁铁砖制备工艺，包括如下步骤：

(1)按照镁铁砖制备原料中各组分配比称取各组分；

(2)将粒度大于0.088mm的物料加入混碾机内进行混合2分钟，然后加 入纸浆废液混合3分钟，所述纸浆废液为所述镁铁砖制备原料总质量的3wt％， 所述纸浆废液的密度为1.20g/cm^-3，再加入粒度小于或等于0.088mm的物料 混合3分钟；

(3)称取混合后的原料放入模具内经630吨摩擦压力机或630吨液压压 力机制成砖坯，经120℃干燥24h，于1540-1560℃高温烧制即得镁铁砖，本 实施例制得的镁铁砖的物理性能如表1所示。

实施例2

一种能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，镁铁砖制备原料由如 下组分组成：

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于5mm且大于3mm的高纯镁 砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为15wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于3mm且大于1mm的高纯镁 砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为32wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于1mm且大于0.088mm的高 纯镁砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为13wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％且粒度为180目的电熔镁砂，其在镁铁砖制 备原料中的质量百分含量为35wt％；

粒度小于或等于1mm且大于0mm的镁铁砂，其在镁铁砖制备原料中的质 量百分含量为5wt％；其中：镁铁砂中MgO的质量百分含量为30wt％，Fe₂O₃的质量百分含量为68wt％,杂质的质量百分含量为2wt％。所述镁铁砂的制备步 骤如下：(1)将氧化铁和氧化镁磨成粒度为300-325目的细粉；(2)按本实 施例镁铁砂中所述的MgO和Fe₂O₃的重量配比取料，并进行混合；(3)将混 合物料放入电弧炉中，于2800-3000℃熔融；(4)将熔融料在自然条件下， 冷却6-7天，破砣，即得所述镁铁砂。

利用本实施例所述的镁铁砖制备原料的镁铁砖制备工艺，包括如下步骤：

(1)按照镁铁砖制备原料中各组分配比称取各组分；

(2)将粒度大于0.088mm的物料加入混碾机内进行混合1分钟，然后加 入纸浆废液混合4分钟，所述纸浆废液为所述镁铁砖制备原料总质量的3wt％， 所述纸浆废液的密度为1.20g/cm^-3，再加入粒度小于或等于0.088mm的物料 混合4分钟；

(3)称取混合后的原料放入模具内经630吨摩擦压力机或630吨液压压 力机制成砖坯，经110℃干燥24h后，于1590-1610℃高温烧制即得镁铁砖， 本实施例制得的镁铁砖的物理性能如表1所示。

实施例3

一种能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，镁铁砖制备原料由 如下组分组成：

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于5mm且大于3mm的高纯镁 砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为15wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于3mm且大于1mm的高纯镁 砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为30wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于1mm且大于0.088mm的电 熔镁砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为14wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度为180目的高纯镁砂，其在镁铁砖制 备原料中的质量百分含量为17wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度为180目的电熔镁砂，其在镁铁砖制 备原料中的质量百分含量为18wt％；

粒度小于或等于1mm且大于0mm的镁铁砂，其在镁铁砖制备原料中的质 量百分含量为6wt％；其中：镁铁砂中MgO的质量百分含量为35wt％，Fe₂O₃的质量百分含量为63wt％,杂质的质量百分含量为2wt％。所述镁铁砂的制备步 骤如下：(1)将氧化铁和氧化镁磨成粒度为325-400目的细粉；(2)按本实 施例镁铁砂中所述的MgO和Fe₂O₃的重量配比取料，并进行混合；(3)将混 合物料放入电弧炉中，于3000-3200℃熔融；(4)将熔融料在自然条件下， 冷却6-7天，破砣，即得所述镁铁砂。

利用本实施例所述的镁铁砖制备原料的镁铁砖制备工艺，包括如下步骤：

(1)按照镁铁砖制备原料中各组分配比称取各组分；

(2)将粒度大于0.088mm的物料加入混碾机内进行混合1.5分钟，然后 加入纸浆废液混合3.5分钟，所述纸浆废液为所述镁铁砖制备原料总质量的 3wt％，所述纸浆废液的密度为1.20g/cm^-3，再加入粒度小于或等于0.088mm 的物料混合4分钟；

(3)称取混合后的原料放入模具内经630吨摩擦压力机或630吨液压压 力机制成砖坯，经115℃干燥24h后，于1560-1580℃高温烧制即得镁铁砖， 本实施例制得的镁铁砖的物理性能如表1所示。

实施例4

一种能提高镁铁砖高温抗折强度的镁铁砖制备原料，镁铁砖制备原料由 如下组分组成：

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于5mm且大于3mm的高纯镁 砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为18wt％；

MgO的质量百分含量为97wt％、粒度小于或等于3mm且大于1mm的高纯镁 砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为29wt％；

MgO的质量百分含量为97％、粒度小于或等于1mm且大于0.088mm的电熔 镁砂，其在镁铁砖制备原料中的质量百分含量为18wt％；

MgO的质量百分含量为97％、粒度为180目的高纯镁砂，其在镁铁砖制备 原料中的质量百分含量为15wt％，

MgO的质量百分含量为97％、粒度为180目的电熔镁砂，其在镁铁砖制备 原料中的质量百分含量为15wt％；

粒度小于或等于1mm且大于0mm的镁铁砂，其在镁铁砖制备原料中的质 量百分含量为5wt％；其中：镁铁砂中MgO的质量百分含量为35wt％，Fe₂O₃的质量百分含量为63wt％,杂质的质量百分含量为2wt％。所述镁铁砂的制备步 骤如下：(1)将氧化铁和氧化镁磨成粒度为400-425目的细粉；(2)按本实 施例镁铁砂中所述的MgO和Fe₂O₃的重量配比取料，并进行混合；(3)将混 合物料放入电弧炉中，于3000-3200℃熔融；(4)将熔融料在自然条件下， 冷却6-7天，破砣，即得所述镁铁砂。

利用本实施例所述的镁铁砖制备原料的镁铁砖制备工艺，包括如下步骤：

(1)按照镁铁砖制备原料中各组分配比称取各组分；

(2)将粒度大于0.088mm的物料加入混碾机内进行混合1.5分钟，然后 加入纸浆废液混合3.5分钟，所述纸浆废液为所述镁铁砖制备原料总质量的 3wt％，所述纸浆废液的密度为1.20g/cm^-3，再加入粒度小于或等于0.088mm 的物料混合4分钟；

(3)称取混合后的原料放入模具内经630吨摩擦压力机或630吨液压压 力机制成砖坯，经115℃干燥24h后，于1580-1600℃高温烧制即得镁铁砖， 本实施例制得的镁铁砖的物理性能如表1所示。

表1各实施例所得的镁铁砖产品的物理性能

注：表1中的高温抗折强度依据GB/T 3002-2004测试实施例1至实施 例4中镁铁砖产品分别在1450℃时的抗折强度(热态高温抗折)，即为本发 明中所述的高温抗折强度。体积密度、显气孔率、耐压强度及荷重软化温度 也均依据本领域已知的测试方法进行测试。

实施例1-实施例4中的镁铁砂原料由镁铁尖晶石和镁铁固溶体组成， 图1为实施例4所用镁铁砂原料的物相组成(XRD)。图2为实施例4制得的 镁铁砖中镁铁砂与镁砂共处的微观形貌(SEM)，由图2可以看出：镁铁砂与 镁砂颗粒边界模糊，直接结合程度很高。图3为实施例4制得的镁铁砖中镁 铁砂颗粒的微观特征(SEM)，由图3可以看出(将图2中所示的镁铁砂颗粒 放大，得到图3)，颗粒表面有均匀脱溶物(如“+”所示)，其对应的化学组成 为MgO 10.96wt％、FeO 88.15wt％,、Al₂O₃0.88wt％，记为(Mg,Fe)Fe₂O₄，这 表明镁铁固溶体中部分亚铁析出后被氧化。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发 明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说 明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有 的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所引伸出的任何显而易 见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。