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废镁铬砖在镁质涂抹料中的再生利用研究

文档作者：丁忠山牛金强何国柱王德军张松林文档来源：马钢股份耐火材料公司		点击数：	更新时间： 2021年11月15日
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第39卷第2期
2011年4月
现代冶金
Modern Metallurgy
Vo1．39 No．2
Apr．201l
废镁铬砖在镁质涂抹料中的再生利用研究
丁忠山，牛金强，何国柱，王德军，张松林
(马钢股份耐火材料公司，安徽马鞍山 243003)
摘要：研究了再生废铗铬料对镁质涂抹料性能的影响，通过在相同的结合剂、外加剂作用下，在镁质涂抹料中加入
不同颗粒、不同含量的再生废镁铬砖料，对其烘后和烧后的一些物理性能进行测试比较得出结论：在镁质涂抹料中
加入适量的再生废镁铬砖料，仍能满足连铸中间包使用质量要求。这不仅有利于循环经济，而且对节约耐火矿物资
源，保护环境，减少C0 排放等具有非常积极的现实意义。
关键词t废镁铬砖；中间包；镁质涂抹料；循环经济
中图分类号：X758
1 研究的意义和目的
中间包用镁质涂抹料具有稳定操作，寿命长，洁
净钢水，抗渣性、抗剥落性强等优良性能，其主要原
料是烧结镁砂、电熔镁砂等。近年来，随着国家宏观
调控政策的实施，对诸如镁砂等高耗能、高污染矿山
企业监管力度不断加大，导致镁砂市场价格节节攀
升，以烧结镁砂为例约为1 400元／t，这给镁质涂抹
料生产带来很大的成本压力。再生废镁铬砖料是钢
厂RH炉使用后的一种废弃耐火材料，经过拣选、破
碎加工后形成的二次资源，属于废次耐材再回收利
用，成本仅有280元／t左右。通过分析选定废镁铬砖
的化学成分，得出其与烧结镁砂主要成分基本相同，
这就坚定了研究用再生废镁铬砖料替代部分烧结镁
砂的信心。即：在优先满足钢厂使用质量的前提下，
只要将废旧的、经过拣选的废镁铬砖进行破碎，加工
成不同粒度的颗粒就可以尝试取代部分烧结镁砂颗
粒，这不仅有利于循环经济，而且对节约耐火矿物资
源，保护环境，减少c0 排放等具有非常积极的现实
意义。
2 实验过程
2．1 原料
(1)中国烧结镁砂原料是由菱镁矿经过烧结制
得的，熔点达到2 800。C，菱镁矿是由碳酸镁(Mg—
CO。)组成的，经过加工处理后称为菱镁石。该料在
竖窑、回转窑烧结后，方可使用。其反应式如下：
MgCO。一MgO+ CO2十
MgO(小晶粒)一MgO(大晶粒)
烧结镁砂是在1 6OO～1 900。C的温度下充分烧
结的产物，其主晶相为方镁石晶粒尺寸为0．02～
0．05 mm，外观为黄色或褐色，密度为3．56～3．65
g／cm。，主要化学成分氧化镁(MgO)含量达97 。本
课题研究所用烧结镁砂规格有3～1 mm，1～O mm。
(2)再生废镁铬砖料是钢厂RH 炉使用后的废
次耐火材料，经过拣选、破碎加工后制得3～1 mm，1
～ 0 mm 颗粒料，其主要成分氧化镁(MgO)含量约
6O％ 、氧化铬(Cr 0。)含量约12 。本实验利用烧结
镁砂和废镁铬砖主要化学成分基本相同，通过试验
尝试用不同规格颗粒、不同比例的废镁铬砖料部分
替代相应烧结镁砂颗粒，确保在不影响钢厂使用质
量的前提下，找出废镁铬砖加人的最佳规格、最佳比
例，从而达到降本及环保的目的。
(3)本实验选用CA一70水泥和硅微粉作为结合
剂。CA一7O水泥主要矿物相为CaO(A1。O。) (简称为
CA )，其特点是水化速度慢、后期强度大和耐火度
高。选用CA一70水泥作为结合剂配制镁质涂抹料，
在较高温度下养护，可达到快硬高强的效果，这与钢
厂实际涂抹料施工后烘烤养护环境基本一致。因此，
可快速提高中间包烘烤效果，减少中间包周转时间，
提升钢厂生产效率。另外，由于CA一70水泥中CA 含
量较多，水化后形成的铝凝胶也多，烧后及使用时产
生较多的活性氧化铝并生成新矿物铝镁尖晶石，有
收稿日期：2010—11-02
作者简介：丁忠山(1956一)，男，工程师。E—mail：979972453@qq．tom
10 现代冶金 第39卷
利于提高镁质涂抹料的使用性能。反应式如下
M gO + AI2O3一M gO ·A12O3
硅微粉粒径很小，属于超细粉原料，活性较大。添
加硅微粉(siO：)的作用是，有利于提高泥料流动性，改
善施工性能，增强填充性，促使衬体体积密度提高、显
气孑L率降低。且烧后及使用时与氧化铝(A1：O。)反应生
产莫来石，有利于提高强度，反应式如下
Sio2+ Al2O3— — SiO2·A12O3
(4)本实验选用外加剂可增强涂抹料泥料流动
性，提高施工性能；选用烧结剂目的是促进涂抹料烧
结的作用，有利于减少烘包时间。
(5)由于涂抹料在烘烤和使用过程中会产生一
定的线变化，容易发生局部的爆炸，在中间包内会产
生裂纹，故选择添加防暴剂防止此类现象产生而影
响中间包的使用寿命。
2．2 实验配比设计
镁质涂抹料加入再生废镁铬砖料实验配比如表1。
表1 实验配比／
编号 烧薯篱砂 镁砂粉料 翳铬m砖m 铬m砖m 结合剂 防爆剂 水
5
10
l5
20
5
10
15
2O
O．05
O．O5
0．05
0．05
0．05
0．05
0．05
0．05
0．05
2．3 实验试样的制备
实验试样是按如图1工艺过程进行制备的。
图1 试样制备工艺示意流程图
2．3．1 配料
用小型电子台秤按实验配比精确称量出烧结镁
砂骨料、镁砂粉料、废镁铬砖颗粒料，用托盘天平称
量出结合剂、烧结剂和防爆剂。
2．3．2 混碾加水
将称量配制好的各物料加入到小型水泥胶砂搅
拌机(NRJ一411)内，干混3～5 min，待物料充分均匀
后，边缓慢计量加水边搅拌，待泥料充分均匀后停机
成型。
2．3．3 振动成型
将搅拌均匀的泥料缓慢填人放在振动台(Gz一
85)上的40 mm×40 mm×160 mm 三联模具内，边
加泥料边振动，直到模具填满泥料后振动修整样块
表面，移至室内干燥通风处养护，同时对每个样块进
行编号。24 h后脱模。
2．3．4 烘烤
脱模后涂抹料样块放人烘箱按l1o。c×24 h进
行热处理。
2．3．5 烧成
把要烧成的样块放入高温电炉中烧成。根据结
合剂的作用温度、实际使用的工作温度及中间包抗
渣侵蚀作用发生的温度范围，烧成温度确定在1 500
。Cx 3 h下进行。
3 实验试样性能的检测
本实验主要对试样烘后和烧后的一些物理性能
(包括llO。C×24 h热处理后抗折、耐压、体积密度；
1 500。C×3 h热处理后抗折、耐压、及线变化率)进
行测试，重烧线变化测量用千分尺，抗折强度在
TYE一20抗折抗压试验机上测试，耐压强度在TYE一
1000B压力试验机上测试，对测后的数据进行演算
处理后整理如表2(该表中数据均取的是平均值)。
铝 ∞ 鼹 弘 船 鼹 诣
第2期 丁忠山，等：废镁铬砖在镁质涂抹料中的再生利用研究
表2 实验结果
编号 110。C×24 h
耐压强度 抗折强度 体积密度
／MPa ／MPa ／(g·cm一。)
1 500。CX 3 h
耐压强度 抗折强度 线变化率
／MPa ／MPa ／
1O．5
5．8
5．2
4．3
3．5
10．4
lO．2
4．8
4．1
2．1
1．92
1．91
1．87
1．85
2．13
2．15
2．18
2．25
l8．6
1O．8
9．9
7．3
6．4
18．5
15．7
1O．1
8．6
— 1．9
— 1．95
— 2．1
— 2．4
— 2．4
— 1．8
— 1．88
— 2．1
— 2．2
4 实验结果分析
从图2可以看出，加入废镁铬砖的涂抹料强度始
终要比不加废镁铬砖的强度要低，且随着废镁铬砖3
～ 1 mm及1～O mm加入量的增多，涂抹料在110。C
时的烘后强度有明显的下降趋势，但加入废镁铬砖3
～ 1 mm的曲线下降的更厉害，强度明显比同比例加
入的1～0 mm废镁铬砖要低；这可能的原因是废镁
铬砖颗粒表面细粉和假颗粒影响结合剂养护时产生
的强度，又因为废镁铬砖3～1 mm 颗粒料在加工过
程中会产生一定的假颗粒，而1～0 mm 颗粒中很少
甚至没有假颗粒，这些假颗粒对涂抹料强度不仅产生
不了增强作用，相反可能会影响强度。所以，加入废镁
铬砖1～O mm的涂抹料烘后强度会高点。
12
垂 ：
6
冀4
o
O 5 1O l5 2O
实验加入废镁铬砖百分含量
+ 3-1 nlnl耐压强压 MPa)： 卜1 mm耐压强度MPa)
图2 ll0。C×24 h时废镁铬砖料加人量对涂抹料强度影响
从图3中可以看出，加入废镁铬砖的涂抹料烧
后强度始终要比不加废镁铬砖的强度要低，且随着
废镁铬砖3～1 mill及1～O mm 料加入量的增多(具
体在加入10 量之后)，涂抹料的烧后强度有明显的
下降趋势(iN者都比110。C的烘后耐压强度下降得
平缓)，但加入废镁铬砖3～1 mm的曲线下降的稍
大，明显比同比例加入的1～0 mm 废镁铬砖要低，
这可能的原因是废镁铬砖颗粒表面细粉和假颗粒阻
碍了烧结剂的烧结，影响强度，又因为废镁铬砖3～1
mm颗粒在加工过程中会产生一定的假颗粒，而1～
0 mm 颗粒中很少甚至没有假颗粒，所以，加入废镁
铬砖1～O mm 的涂抹料强度会高点。
另外，从图3还可以看出，无论是涂抹料中加入
废镁铬砖3～1 mm还是1～O mm颗粒料，两者对涂
抹料强度的下降趋势影响都比较平缓(相对两者在
110。C烘后强度而言)，这可能的原因是高温下废镁
铬砖中的铬与镁砂产生发应，生成了了新矿物镁铬
尖晶石(MgO．Cr。0。)，而这种新矿物MgO．Cr 0。又
起到了增强的作用。反应式如下
M gO+ Cr203 M go．Cr203
20
餐 s
瞿4。
1 2 3 4 5
实验加入废镁铬砖的百分含量
+ 3~1 ibm耐压强度(MPa)： --c卜1加ITlnl耐压强度(MPa)
图3 1 500。C×3 h时废镁铬砖料加入量对涂抹料强度影响
5 结束语
综合以上分析：在涂抹料中加入5 ～1O 的再
生废镁铬砖1～0 mm 颗粒是可行的，其耐压强度、
抗折强度及重烧线变化率等一系列成品理化指标仍
能达到使用质量要求。这不仅有利于循环经济，而且
对节约耐火材料矿物资源，保护环境，减少COz排放
等具有非常积极的现实意义。
参考文献：
[1] 韩行禄．不定形耐火材料[M]．第2版，北京：冶金工业
出版社．
[2] 姚金甫，崔伟平，洪建国，等．钢铁企业用后耐火材料的
再生利用EJ]．耐火材料，2OlO，(3)：235—237．
[3] 隋军．镁质中间包涂抹料的研制[J]．河北冶金，2003，
(2)：33— 35．
4 4 2 2 6 5 2 4 7
4 3 3 3 2 4 4 3 2
6 7 5 2 9 4 2 3 7
3 2 2 2 1 3 3 2 1

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