高性能镁铝铬复合尖晶石砖及其制造方法

摘要

本发明涉及一种RH精炼炉浸渍管与有色冶炼炉用高性能镁铝铬复合尖晶石砖。其特征在于由如下原料、配比组成：低铬电熔镁铬砂(Cr2O3,6~8%，MgO≥78%)，14.0~20.0份；高纯度电熔镁砂，71.6~82.0份；纳米级Cr2O3粉体，2.0~4.4份；uf-Al2O3微粉，2.0~4.0份；结合剂2~4份。经混炼、成型、干燥、烧成等工序。本发明原料配比所制的镁铝铬复合尖晶石砖，具有易烧结、晶体致密，低气孔(气孔率≤10%)，高耐压强度(耐压强度≥100MPa)，高热震稳定性(1100℃水冷≥18次)等性能。该制品中Cr2O3≤6%，不仅降低了砖中Cr2O3的含量，同时降低了生产成本，而最根本的目的在于有效的减少了用后废弃镁铬砖对环境的污染。

说明书

技术领域

本发明属于耐火材料领域，具体地涉及一种RH精炼炉浸渍管与有色冶炼炉用高性能镁铝铬复合尖晶石砖及其制造方法。 

背景技术

众所周知，镁铬砖具有优良的高温强度、高温体积稳定性、抗热震稳定性和耐冲刷、耐侵蚀等特点，被广泛的应用于金属冶炼及水泥回转窑中。近年来由于铬矿价格上涨，生产成本增加，新材质耐火材料替代等诸多原因，致使镁铬砖的用量逐年降低；而最根本的原因在于用后废弃的镁铬砖会产生Cr+6对人体有害，造成环境污染，因此世界各国都主张限制甚至取消镁铬砖的生产和使用。 

而RH、VOD、AOD等炉外精炼炉以及有色金属冶炼炉，由于其高温高速金属液体扰动、冲刷镁铬砖工作衬。同时间歇式的工作工艺，待机时冷空气进入，炉内温度骤降，这种温度波动使镁铬砖内产生热应力而产生平行于工作面的内裂纹。同时，由于耐火材料冷却过程中在工作面上所渗入裂纹的钢水发生凝固，在变质层和原砖层间由于热膨胀性不同，在温度变化时造成的工作层砖中不连续的应力产生，其对工作层的使用寿命具有明显的危害。熔渣对方镁石的溶解和在砖中的渗透引起结构剥落。还有Cr₂O₃在高温下的挥发性导致镁铬砖致密性降低，影响其抗渣渗透性和侵蚀性能等，这些因素导致了镁铬砖的损毁。在这种苛刻工作工艺条件下，其它品种的耐火材料根本无法代替。正如第三届国际耐火材料研讨会中所指出的，对于炉外精炼耐火材料来说，最耐侵蚀的仍是镁铬制品，有色金属冶炼中更是无法替代。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖，它是一种RH精炼炉浸渍管与有色冶炼炉用高性能低铬耐火制品，减少及降低含铬制品对环境的污染，并且提高其使用性能，超越现用耐火制品的使用寿命。 

本发明的另一目的是提供一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖的制造方法。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖，是由以下原料按重量份配比制成的：

5mm～3mm                      电熔镁砂                            8 份；

3mm～1mm                      电熔镁砂                   25 ~ 27份；

≤ 1mm                          电熔镁砂                    22 ~ 24份；

≤0.074mm                     电熔镁砂               16.6 ~ 23.0份；

3mm～1mm                 低铬电熔镁铬砂                  7 ~ 9份；

≤ 1mm                      低铬电熔镁铬砂                   4 ~ 6份；

≤0.074mm                 低铬电熔镁铬砂                   3 ~ 5份；

10nm～50nm                 纳米Cr₂O₃粉体                2 ~ 4.4份；

＜1um                             uf-Al₂O₃微粉                    2 ~ 4份；

结合剂                       2 ~ 4份； 

     所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液。

一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖的制造方法，包括如下步骤： 

1）原料粉碎筛分：将电熔镁砂、低铬电熔镁铬砂分别经鄂式破碎和对辊破碎后，进行筛分和粒度分级，制成粒度为5mm～3mm、3mm～1mm、≤1mm的电熔镁砂颗粒料和≤0.074mm电熔镁砂细粉，粒度为3mm～1mm、≤1mm的低铬电熔镁铬砂颗粒料和≤0.074mm低铬电熔镁铬砂细粉；

2）粉料预混：按重量份配比，称取电熔镁砂细粉、低铬电熔镁铬砂细粉、10nm～50nm的纳米Cr₂O₃细粉和粒度为＜1um的uf-Al₂O₃微粉，经干粉混合机共同混合，将细粉料预混均匀； 

3）混料：按重量份配比，称取粒度分别为5mm～3mm、3mm～1mm和≤1mm的电熔镁砂颗粒料，粒度分别为3mm～1mm和≤1mm的低铬电熔镁铬砂颗粒料，将上述颗粒料加入混砂机中干混3～5分钟，然后加入亚硫酸纸浆废液湿混3～7分钟，再加入步骤2）得到的预混均匀的细粉料，混和8~12分钟；

4）成型：采用摩擦压砖机压制成砖坯；

5）干燥：砖坯放置干燥洞内，110℃保温16~22小时；

6）烧成：将干燥后的砖坯码放在窑车上，送入隧道窑内，烧成温度1700℃，烧成时间100~120分钟。

所述低铬电熔镁铬砂采用铬矿粉15.4份，轻烧镁粉84.6份，经干混机充分混合，搅拌均匀，投入到电熔炉内，经2800℃保温10.5小时后，自然冷却拣选制得。 

本发明中，通常选用MgO含量≥98%的电熔镁砂，MgO含量≥78%并且Cr₂O₃含量在 6%~8%的低铬电熔镁铬砂，Cr₂O₃含量≥99%的纳米Cr₂O₃粉体，Al₂O₃含量≥99%的uf-Al₂O₃微粉，Cr₂O₃含量≥52%且MgO含量≥9%的铬矿粉，MgO含量≥92%的轻烧镁粉。 

本发明的有益效果是，利用现有电熔再结合镁铬砖技术，通过引入粒径在10-50nm之间的纳米级Cr₂O₃粉体以及细度＜1um uf-Al₂O₃微粉，降低细分比表面积，降低烧结温度，促进其烧结，在冷却析晶的过程中更致密，气孔率更低，并且二次尖晶石的自形晶增多，增强了砖的直接结合能力，提高了砖的抗侵蚀性能，高温强度，抗热震性，引入uf-Al₂O₃微粉，不但可与Cr₂O₃、MgO形成复合尖晶，还可以有效抑制镁铬砖在高温下Cr₂O₃的挥发，进而提高砖的抗剥落能力；再通过采用低铬电熔镁铬砂(Cr₂O₃, 6~8%)，使其保留现有电熔再结合砖的性能，在达到或超过现用电熔再结合镁铬砖使用性能的同时，大大降低了砖中Cr₂O₃的含量(Cr₂O₃≤6%)，同时降低了生产成本，而最根本的目的在于有效的减少了用后废弃镁铬砖对环境的污染。采用所述低铬电熔镁铬砂的制备方法保证了低铬电熔镁铬砂中MgO含量≥78%并且使Cr₂O₃含量保持在 6%~8%之间，既增强了砖的结合能力，同时也降低了用后废弃镁铬砖对环境的污染。 

附图说明

图1为实施例一抗渣性实验检测效果图。 

图2为实施例二抗渣性实验检测效果图。 

图3为实施例三抗渣性实验检测效果图。 

图4为现用电熔再结合镁铬砖抗渣性实验检测效果图。 

具体实施方式

实施例1

一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖，是由以下原料按重量份配比制成的：

5mm～3mm              电熔镁砂                      8 份；

3mm～1mm              电熔镁砂                      27份；

≤ 1mm                    电熔镁砂                      24份；

≤0.074mm                电熔镁砂                     23份；

3mm～1mm             低铬电熔镁铬砂             7 份；

≤ 1mm                  低铬电熔镁铬砂              4 份；

≤0.074mm              低铬电熔镁铬砂              3 份；

10nm～50nm           纳米Cr₂O₃粉体              2 份；

＜1um                      uf-Al₂O₃微粉                 2 份；

                                  结合剂                      2 ~ 4份；

     所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液。

一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖的制造方法，包括如下步骤： 

1）低铬电熔镁铬砂的制备：采用铬矿粉15.4份，轻烧镁粉84.6份，经干混机充分混合，搅拌均匀，投入到电熔炉内，经2800℃保温10.5小时后，自然冷却拣选制得。

2）原料粉碎筛分：将电熔镁砂、低铬电熔镁铬砂分别经鄂式破碎和对辊破碎后，进行筛分和粒度分级，制成粒度为5mm～3mm、3mm～1mm、≤1mm的电熔镁砂颗粒料和≤0.074mm电熔镁砂细粉，粒度为3mm～1mm、≤1mm的低铬电熔镁铬砂颗粒料和≤0.074mm低铬电熔镁铬砂细粉； 

3）粉料预混：按重量份配比，称取电熔镁砂细粉、低铬电熔镁铬砂细粉、10nm～50nm的纳米Cr₂O₃细粉和粒度为＜1um的uf-Al₂O₃微粉，经干粉混合机共同混合，将细粉料预混均匀； 

4）混料：按重量份配比，称取粒度分别为5mm～3mm、3mm～1mm和≤1mm的电熔镁砂颗粒料，粒度分别为3mm～1mm和≤1mm的低铬电熔镁铬砂颗粒料，将上述颗粒料加入混砂机中干混3～5分钟，然后加入亚硫酸纸浆废液湿混3～7分钟，再加入步骤2）得到的预混均匀的细粉料，混和8~12分钟；

5）成型：采用摩擦压砖机压制成砖坯；

6）干燥：砖坯放置干燥洞内，110℃保温18小时；

7）烧成：将干燥后的砖坯码放在窑车上，送入隧道窑内，烧成温度1700℃，烧成时间120分钟。

8）冷却后，经拣选、包装后入成品库。 

成品测试结果见表1。 

实施例2

一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖，是由以下原料按重量份配比制成的：

5mm～3mm           电熔镁砂                        8 份；

3mm～1mm           电熔镁砂                        26份；

1mm～0mm           电熔镁砂                        23份；

≤0.074mm             电熔镁砂                     19.8份；

3mm～1mm           低铬电熔镁铬砂              8 份；

1mm～0mm           低铬电熔镁铬砂              5 份；

≤0.074mm            低铬电熔镁铬砂               4 份；

10nm～50nm          纳米Cr₂O₃粉体            3.2 份；

＜1um                uf-Al₂O₃微粉                     3 份；

结合剂                      2 ~ 4份；

     所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液。

一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖的制造方法，包括如下步骤： 

1）低铬电熔镁铬砂的制备：采用铬矿粉15.4份，轻烧镁粉84.6份，经干混机充分混合，搅拌均匀，投入到电熔炉内，经2800℃保温10.5小时后，自然冷却拣选制得。

2）原料粉碎筛分：将电熔镁砂、低铬电熔镁铬砂分别经鄂式破碎和对辊破碎后，进行筛分和粒度分级，制成粒度为5mm～3mm、3mm～1mm、≤1mm的电熔镁砂颗粒料和≤0.074mm电熔镁砂细粉，粒度为3mm～1mm、≤1mm的低铬电熔镁铬砂颗粒料和≤0.074mm低铬电熔镁铬砂细粉； 

3）粉料预混：按重量份配比，称取电熔镁砂细粉、低铬电熔镁铬砂细粉、10nm～50nm的纳米Cr₂O₃细粉和粒度为＜1um的uf-Al₂O₃微粉，经干粉混合机共同混合，将细粉料预混均匀； 

4）混料：按重量份配比，称取粒度分别为5mm～3mm、3mm～1mm和≤1mm的电熔镁砂颗粒料，粒度分别为3mm～1mm和≤1mm的低铬电熔镁铬砂颗粒料，将上述颗粒料加入混砂机中干混3～5分钟，然后加入亚硫酸纸浆废液湿混3～7分钟，再加入步骤2）得到的预混均匀的细粉料，混和8~12分钟；

5）成型：采用摩擦压砖机压制成砖坯；

6）干燥：砖坯放置干燥洞内，110℃保温18小时；

7）烧成：将干燥后的砖坯码放在窑车上，送入隧道窑内，烧成温度1700℃，烧成时间120分钟。

8）冷却后，经拣选、包装后入成品库。 

成品测试结果见表1。 

实施例3

一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖，是由以下原料按重量份配比制成的：

5mm～3mm              电熔镁砂                          8 份；

3mm～1mm              电熔镁砂                          25份；

≤ 1mm                   电熔镁砂                          22份；

≤0.074mm               电熔镁砂                         16.6份；

3mm～1mm             低铬电熔镁铬砂                  9 份；

≤ 1mm                  低铬电熔镁铬砂                    6份；

≤0.074mm              低铬电熔镁铬砂                    5份；

10nm～50nm          纳米Cr₂O₃粉体                   4.4份；

＜1um                      uf-Al₂O₃微粉                        4份；

结合剂                         2 ~ 4份； 

     所述的结合剂为亚硫酸纸浆废液。

一种高性能镁铝铬复合尖晶石砖的制造方法，包括如下步骤： 

1）低铬电熔镁铬砂的制备：采用铬矿粉15.4份，轻烧镁粉84.6份，经干混机充分混合，搅拌均匀，投入到电熔炉内，经2800℃保温10.5小时后，自然冷却拣选制得。

2）原料粉碎筛分：将电熔镁砂、低铬电熔镁铬砂分别经鄂式破碎和对辊破碎后，进行筛分和粒度分级，制成粒度为5mm～3mm、3mm～1mm、≤1mm的电熔镁砂颗粒料和≤0.074mm电熔镁砂细粉，粒度为3mm～1mm、≤1mm的低铬电熔镁铬砂颗粒料和≤0.074mm低铬电熔镁铬砂细粉； 

3）粉料预混：按重量份配比，称取电熔镁砂细粉、低铬电熔镁铬砂细粉、10nm～50nm的纳米Cr₂O₃细粉和粒度为＜1um的uf-Al₂O₃微粉，经干粉混合机共同混合，将细粉料预混均匀； 

4）混料：按重量份配比，称取粒度分别为5mm～3mm、3mm～1mm和≤1mm的电熔镁砂颗粒料，粒度分别为3mm～1mm和≤1mm的低铬电熔镁铬砂颗粒料，将上述颗粒料加入混砂机中干混3～5分钟，然后加入亚硫酸纸浆废液湿混3～7分钟，再加入步骤2）得到的预混均匀的细粉料，混和8~12分钟；

5）成型：采用摩擦压砖机压制成砖坯；

6）干燥：砖坯放置干燥洞内，110℃保温18小时；

7）烧成：将干燥后的砖坯码放在窑车上，送入隧道窑内，烧成温度1700℃，烧成时间120分钟。

8）冷却后，经拣选、包装后入成品库。 

成品测试结果见表1。 

 表1 实施例与现用电熔再结合镁铬砖(DMGe-20)理化指标对比 

。

参见图1至图4，实施例与现用电熔再结合镁铬砖(DMGe-20)抗渣性实验结对比效果如表2所示。 

表2 实施例与现用电熔再结合镁铬砖(DMGe-20)抗渣性实验结对比 

。

 表3 本发明达到的主要技术指标Ⅰ 

。

 表4 本发明达到的主要技术指标Ⅱ 

。