用Al2O3-MgO-CaO合成耐火原料生产Al2O3-MgO砖的方法

摘要

本发明提供了一种用Al2O3-MgO-CaO合成耐火原料生产Al2O3-MgO砖的方法，所述方法包括的步骤有：将Al2O3-MgO-CaO合成耐火原料制备成0mm～3mm的颗粒；将镁砂制备成0mm～2mm的颗粒和小于180目的细粉；向Al2O3-MgO-CaO合成耐火原料颗粒、镁砂颗粒和细粉中加入结合剂和添加剂，其中，以配料总重量为100％计，Al2O3-MgO-CaO合成耐火原料颗粒的重量百分比为40％-70％，镁砂颗粒的重量百分比为0％～30％，镁砂细粉的重量百分比为15％～30％，结合剂的重量百分比为2％～5％，添加剂的重量百分比为0～10％；将上述物料进行混练；将混练后的物料成型为样块；烘干样块；将烘干后的样块进行烧成；将烧成后的样块冷却，得到Al2O3-MgO砖。本发明采用由废弃的冶金炉渣-刚玉渣生产的耐火原料为主要原料，生产出一种性能优良、成本低廉的Al2O3-MgO耐火砖。

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种采用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法。

背景技术

在铝热法生产高钒铁的过程中，为了将钒渣中的钒氧化物还原，在冶炼过程中要加入一定量的金属铝；为了提高钒的收得率，冶炼后期还需加入一定量的石灰进行造渣；同时因炉衬采用的是镁质捣打料，冶炼时有部分氧化镁在高温下熔于渣液中。在冶炼完成后，被氧化的铝锭、造渣用的氧化钙和熔化的氧化镁与钒铁共同冷却并分离，形成渣饼，除去该渣饼表面的镁砂层即为刚玉渣。

公开号为CN101597173A的中国专利申请公开了一种利用刚玉渣制备耐火原料的方法，即，将刚玉渣通过磨粉、加入一定量的矿化剂、添加剂和结合剂，再经混合、成型和高温烧成等工艺，生产出一种人工合成原料，称作Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料，其理化指标见表1。

表1Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料理化指标

由于刚玉渣目前作为工业废渣而未大量开发利用，这些工业废渣不仅占用了大量的堆放场地，污染了环境，而且造成了极大的资源浪费。然而，利用刚玉渣制备耐火原料的方法能够在不降低刚玉渣耐火度的前提下提高其颗粒强度并减少颗粒孔洞。因此，亟待一种可以利用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料的方法，从而将刚玉渣变废为宝。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用由废弃的冶金炉渣-刚玉渣生产的耐火原料为主要原料，生产出一种性能优良、成本低廉的Al₂O₃-MgO耐火砖。

为了实现本发明的目的，提供了一种采用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法，所述方法包括的步骤有：(a)将Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料制备成0mm～3mm的颗粒，所述的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料成分为：Al₂O₃含量为55wt％～68wt％，MgO含量为15_wt％～28wt％，CaO含量为≤12wt％，SiO₂含量为≤4wt％，Fe₂O₃含量为≤2wt％；(b)将镁砂制备成0mm～2mm的颗粒和小于180目的细粉，所述的镁砂成分为：MgO含量为＞88wt％，SiO₂含量为＜10wt％，CaO含量为＜2.2wt％，Fe₂O₃含量为＜2.5wt％；(c)向所述Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料颗粒、所述镁砂颗粒和细粉中加入结合剂和添加剂，其中，以配料总重量为100％计，所述Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料颗粒的重量百分比为40％-70％，所述镁砂颗粒的重量百分比为0％～30％，所述镁砂细粉的重量百分比为15％～30％，所述结合剂的重量百分比为2％～5％，所述添加剂的重量百分比为0～10％；(d)将上述物料进行混练；(e)将混练后的物料成型为样块；(f)烘干所述样块；(h)将烘干后的样块进行烧成；(g)将烧成后的样块冷却，得到Al₂O₃-MgO砖。

本Al₂O₃-MgO耐火砖具有常温强度、耐火度和荷重软化温度高，重烧线变化低的特点，同时具有制备工艺简单、技术效果良好的优点，减少了环境污染和资源浪费，实现了在耐火材料领域中的再利用，为资源再循环开辟了一条新途径，取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。

具体实施方式

下面结合具体实施例详细描述根据本发明的采用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法。

首先，先将Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料制备成0mm～3mm的颗粒，将镁砂制备成0mm～2mm的颗粒和小于180目的细粉。所述的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料成分为：Al₂O₃含量为55wt％～68wt％，MgO含量为15wt％～28wt％，CaO含量为≤12wt％，SiO₂含量为≤4wt％，Fe₂O₃含量为≤2wt％；所述的镁砂成分为：MgO含量为＞88wt％，SiO₂含量为＜10wt％，CaO含量为＜2.2wt％，Fe₂O₃含量为＜2.5wt％。

然后，加入40wt％～70wt％的0mm～3mm的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料颗粒、0wt％～30wt％的0mm～2mm的镁砂颗粒、15wt％～30wt％的小于180目的镁砂细粉、2wt％～5wt％的结合剂，0wt％～10wt％的添加剂，在混碾机上混练3min～8min出料。根据砖的使用条件确定镁砂细粉和镁砂颗粒的用量。若砖使用环境碱性较强，则需增加镁砂细粉加入量，反之则可减少。

所述的结合剂是羧甲基纤维素、木质素磺酸钙和亚硫酸纸浆废液中的至少一种。结合剂的作用是使Al₂O₃-MgO砖成型时产生足够的出砖强度，减少生产中生产掉楞、掉角等缺陷，但该类结合剂为有机类结合剂，在高温状态下会熔化挥发，在砖内部留下气孔，因此加入量不宜过大，以能满足生产需要为限。当结合剂的用量少于2wt％时，使Al₂O₃-MgO砖成型时产生的出砖强度不够，会出现掉楞、掉角的缺陷；当结合剂的用量多于5wt％时，结合剂挥发后在Al₂O₃-MgO砖内部留下的气孔过多，将影响成型后的Al₂O₃-MgO砖的强度。

所述的添加剂是矾土粉、刚玉粉和α-Al₂O₃中的至少一种。添加剂的作用是促进Al₂O₃-MgO砖的烧成，增加中温和高温强度，其用量范围根据产品的要求确定，一般根据试验确定。

可以通过在室温下用混碾机混练3min～8min来执行混练的步骤。若混练时间少于3分钟，则会造成物料混合不均匀，影响产品质量；若混练时间超过8分钟，则会造成物料温度过高，水分蒸发严重，导致难于成型，并且成型时易产生裂纹，影响产品质量。混练所使用的设备不限于混碾机，可以采用强力逆流混合机、高速混合机、行星式强制混合机、双锥形混合机、螺旋锥形混合机或桨叶搅拌机等。

可以采用113Mpa以上的压力将混练后的物料成型为所需的铝镁质砖的形状，本发明并不限定于砖的具体形状。如果成型压力小于113Mpa，则会造成砖坯密度低，影响产品质量。300吨以上的压砖机能够提供113Mpa以上的压力，因此可以采用300吨以上的压砖机来执行成型的步骤。本发明不限于使用压砖机的机压成型法，也可以采用等静压成型法、捣打成型法、挤压成型法等。为了便于隧道窑烧成，可以将混练后的物料成型为65mm×115mm×230mm的长方体砖坯。

之后，烘干样块。可以在110℃～180℃下进行12小时～24小时的烘干。如果烘干温度小于110℃，则水分排出缓慢，既浪费时间又增加能源；如果烘干温度大于180℃，则水分排出过快，砖坯易产生微裂纹，影响产品质量。烘干时间选择12小时～24小时是为了保证水分排尽而又不浪费能源。可以采用隧道干燥器、干燥筒或热处理窑来执行烘干样块的步骤。

然后，将样块进行烧成。可以将样块在1300℃～1700℃的温度下进行3小时～5小时的烧成。如果温度低于1300℃，则物料难于烧结，体积密度小，强度低，气孔率大；如果温度高于1700℃，则会造成能源增加从而增加生产成本。如果烧成的时间少于3小时，则不能保证砖坯温度达到完全均匀；如果烧成的时间大于5小时，则会造成能源增加从而增加成本。在该步骤中，可以使用隧道窑、回转窑、竖窑或梭式窑。

最后，冷却样块，冷却后即为Al₂O₃-MgO耐火砖。

下面将给出根据本发明的采用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法的具体实施例。

实施例1

一种利用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法。先将Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料制备成0mm～3mm的颗粒，将镁砂制备成0mm～2mm的颗粒和小于180目的细粉；加入40wt％的0mm～3mm的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料颗粒、30wt％的0mm～2mm的镁砂颗粒、20wt％的小于180目的镁砂细粉、5wt％的结合剂和5wt％的添加剂；在混碾机上混练8min出料；用300吨压砖机成型为65×115×230mm的样块，在150℃的温度条件下进行18h烘干，然后将样块在1300℃下进行3h烧成，冷却后即为Al₂O₃-MgO耐火砖。

所述的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料成分为：Al₂O₃含量为55wt％，MgO含量为28wt％，CaO含量为12wt％，SiO₂含量为4wt％，Fe₂O₃含量为1wt％。

所述的镁砂成分为：MgO含量为88.3wt％，SiO₂含量为9.2wt％，CaO含量为1.0wt％，Fe₂O₃含量为1.2wt％。

所述的结合剂是：亚硫酸纸浆废液。

所述的添加剂是：矾土粉。

实施例2

一种利用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法。先将Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料制备成0mm～3mm的颗粒，将镁砂制备成0mm～2mm的颗粒和小于180目的细粉；加入50wt％的0mm～3mm的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料颗粒、20wt％的0mm～2mm的镁砂颗粒、小于15wt％的180目的镁砂细粉、5wt％的结合剂和10wt％的添加剂；在混碾机上混练5min出料，用300吨压砖机成型为65×115×230mm的样块，在180℃的温度条件下进行12h烘干，然后将样块在1580℃下进行3h烧成，冷却后即为Al₂O₃-MgO耐火砖。

所述的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料成分为：Al₂O₃含量为60wt％，MgO含量为24wt％，CaO含量为11wt％，SiO₂含量为3wt％，Fe₂O₃含量为2wt％。

所述的镁砂成分为：MgO含量为92.2wt％，SiO₂含量为5.5wt％，CaO含量为1.5wt％，Fe₂O₃含量为1.1wt％。

所述的结合剂是：羧甲基纤维素。

所述的添加剂是：矾土粉和α-Al2O3各5wt％。

实施例3

一种利用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法。先将Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料制备成0mm～3mm的颗粒，将镁砂制备成小于180目的细粉；加入70wt％的0mm～3mm的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料颗粒、25wt％的小于180目的镁砂细粉、2wt％的结合剂和3wt％的添加剂；在混碾机上混练3min出料，用300吨压砖机成型为65×115×230mm的样块，在150℃的温度条件下进行16h烘干，然后将样块在1700℃下进行3h烧成，冷却后即为Al₂O₃-MgO耐火砖。

所述的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料成分为：Al₂O₃含量为68wt％，MgO含量为15wt％，CaO含量为11wt％，SiO₂含量为4wt％，Fe₂O₃含量为2wt％。

所述的镁砂成分为：MgO含量为98.7wt％，SiO₂含量为0.1wt％，CaO含量为0.6wt％，Fe₂O₃含量为0.3wt％。

所述的结合剂是：木质素磺酸钙。

所述的添加剂是：刚玉粉。

实施例4

一种利用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法。本发明的技术方案是：先将Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料制备成0mm～3mm的颗粒，将镁砂制备成0mm～2mm的颗粒和小于180目的细粉；加入50wt％的0mm～3mm的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料颗粒、16wt％的0mm～2mm的镁砂颗粒、30wt％的小于180目的镁砂细粉和4wt％结合剂，在混碾机上混练5min出料；用300吨压砖机成型为65×115×230mm的样块，在110℃的温度条件下进行24h烘干，然后将样块在1550℃下进行3h烧成，冷却后即为Al₂O₃-MgO耐火砖。

所述的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料成分为：Al₂O₃含量为61wt％，MgO含量为26wt％，CaO含量为10.5wt％，SiO₂含量为2wt％，Fe₂O₃含量为0.5wt％。

所述的镁砂成分为：MgO含量为94wt％，SiO₂含量为2.0wt％，CaO含量为2.2wt％，Fe₂O₃含量为1.8wt％。

所述的结合剂是：羧甲基纤维素和亚硫酸纸浆废液各2wt％。

实施例5

一种利用Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料生产Al₂O₃-MgO砖的方法。先将Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料制备成0mm～3mm的颗粒，将镁砂制备成0mm～2mm的颗粒和小于180目的细粉；加入40wt％的0mm～3mm的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料颗粒、30wt％的0mm～2mm的镁砂颗粒、20wt％的小于180目的镁砂细粉、5wt％的结合剂和5wt％的添加剂；在混碾机上混练5min出料，用300吨压砖机成型为65×115×230mm的样块，在110℃的温度条件下进行24h烘干，然后将样块在1600℃下进行3h烧成，冷却后即为Al₂O₃-MgO耐火砖。

所述的Al₂O₃-MgO-CaO合成耐火原料成分为：Al₂O₃含量为61wt％，MgO含量为26wt％，CaO含量为11wt％，SiO₂含量为1wt％，Fe₂O₃含量为1wt％。

所述的镁砂成分为：MgO含量为98wt％，SiO₂含量为0.1wt％，CaO含量为1.5wt％，Fe₂O₃含量为0.4wt％。

所述的结合剂是：亚硫酸纸浆废液。

所述的添加剂是：矾土粉和α-Al₂O₃各2.5wt％。

采用上述技术方案，所制备Al₂O₃-MgO耐火砖理化指标见表2。

表2Al₂O₃-MgO耐火砖理化指标

  名称  Al₂O₃-MgO耐火砖  常温耐压强度/MPa  80～120  体积密度/g·cm^-3  2.83～2.92  气孔率/％  17.2～19.5  耐火度/℃  ＞1790

由表2可以看出，该Al₂O₃-MgO砖具有较高的常温强度、耐火度和荷重软化温度，较低的重烧线变化，完全可作为耐火砖使用。

因此，本发明采用由废弃的冶金炉渣-刚玉渣生产的耐火原料为主要原料，在耐火原料日益匮乏和环境要求越来越高的今天，既解决了耐火原料问题，又解决了环境问题，具有较好的经济效益和社会效益。

尽管已经结合具体的实施例描述了本发明，但是本发明的范围不限于此，并由权利要求及其等同物限定。在不脱离本发明的教导和精神的情况下，可以在形式和细节上对本发明做出各种改变。