【分享】用后耐火材料再生产品的制备方法

时间: 2024-05-23 13:19:16 |   作者: 连铸设备

  之前我们讲过各种用后耐火材料的处理方法,其目的是要把各种用后耐火材料作为再生产品进行再利用,用后耐火材料原料处理的越好,再生产品质量越高,附加值也就越高。今天这篇文章讲一下用后耐火材料再生品的制备方法。

  将用后耐火材料从窑炉中拆下来,不经过加工而直接用的方法叫做直接用法。对于有些热工窑炉的非主要部位,即使使用了一个炉役,它们的损坏也很少,有些砖外观上基本没什么变化,像新砖一样。因此,它们能直接用到其他非主要部位或更安全的部位。如某些钢铁厂从鱼雷罐车上拆卸下来的没有损坏的永久层黏土砖,再砌筑到鱼雷罐车永久层中使用。

  将用后耐火材料经过简单地拣选和破粉碎后,加工成不同颗粒料使用的方法叫做初级使用法。采用初级法处理的物料,由于包含很多有害的掺杂物,因此会明显降低再生产品的质量,降低再生产品的附加值。但是它解决了环保问题,避免了环境污染。采用初级使用法制备再生产品的一般工艺流程如下:用后耐火材料→分拣→破碎→筛选→规格料→掺入新产品中。

  对于需要磨细加工的用后耐火材料,用球磨机、柱磨机、雷蒙机等粉磨设备做磨细处理,然后加入到耐火材料及冶金辅料等再生产品中使用。采用初级使用法制备出的再生产品最重要的包含引流砂、溅渣料、脱硫剂、造渣剂等冶金辅料以及修补料和喷补料等再生耐火材料。以下列举几个具体的例子。

  将用后白云石砖代替轻烧白云石可作为LF精炼炉的造渣料,在钢水沸腾和渣化脱硫速度方面不影响精炼能力。用后白云石砖也可当作土壤的改质剂,以改良酸性土壤。

  将用后镁碳砖经过初步拣选和破粉碎成不同颗粒后,以少量比例加入到新的镁碳砖配料中使用,可生产低档再生镁碳砖。还可将用后镁碳砖颗粒料直接加入到溅渣保护炉料中使用。

  将用后镁铬砖破粉碎成不同颗粒后添加到电弧炉出钢口的EBT填充料里,自开率可达到98%,不低于原始填充料的自开率。

  将用后Al₂O₃-MgO·Al₂O₃浇注料回收后,可做为修补料和喷补料使用。将用后的铝镁碳砖、镁碳砖制成颗粒料可作为自流浇注料原料使用。

  此外,初级破粉碎的用后耐火材料还可作为其他窑炉保温材料以及建筑材料等使用。

  将用后耐火材料经过拣选和破粉碎加工成不同粒径的物料后,对破碎的物料进一步采用物理和化学的加工处理方法,使处理后的用后耐火材料更接近原始原料水平,或者经过物理和化学方法处理后的再生产品的性能接近于原始产品性能的方法,称为中级使用法。采用中级方法处理后,再生产品的质量进一步提升,有些性能达到了原始产品的性能和使用效果。

  镁碳砖通常用于炼钢厂转炉内衬或钢包渣线部位。镁碳砖在使用的过程中与钢水、钢渣的接触面会被严重的冲刷、侵蚀,其内部结构和化学成分都会产生很大变化。在炼钢的高温过程中,镁碳砖中的抗氧化剂金属铝粉就会与碳发生氧化还原反应而生成碳化铝(Al,C3)。以用后镁碳砖为原料制备再生镁碳砖时,再生镁碳砖里就含有碳化铝成分。当再生镁碳砖热处理时,结合剂产生的水就会与碳化铝发生化学反应生成氢氧化铝,反应方程式如下:

  氢氧化铝的产生使得再生产品膨胀、开裂甚至粉化,这导致了再生制品性能严重下降。

  因此,若把用后镁碳砖作为再生镁碳砖原料使用,就必须在热处理前除去镁碳砖中的碳化铝。为此,在再生镁碳砖的制备过程中,先将用后镁碳砖变质层去除,然后将原生层经破粉碎、磁选和分级筛选等加工处理后,采取高温化学反应的方法,在特定的技术条件下,使碳化铝进行化学反应。通过上述处理后的物料,为合格的二次颗粒原料。将处理后的二次颗粒原料与新原料、添加剂、结合剂进行配料,制备出再生镁碳砖。详细的工艺流程如图1所示。制成的再生镁碳砖的性能如表1所示。

  由再生镁碳砖的制备过程可知,采用中级使用方法制备再生产品,破碎颗粒的物理、化学处理过程是关键步骤。加工处理过程越完善,再生颗粒料的性能越接近原料颗粒。而再生产品的制备工艺过程与使用新原料制备产品的工艺过程相近。这方面的实例还很多,如把高炉出铁场使用后的刚玉-碳化硅-碳浇注料,进行破粉碎后,再经过水洗和酸洗后,根据不同颗粒、原料的不同特点,人工拣选出刚玉,这样处理的刚玉品位几乎和新原料一样。因此,用该再生原料可以制备出性能好的浇注料、捣打料等刚玉质耐火材料。应用处理过的刚玉颗粒料制成的再生刚玉-碳化硅-碳砖(ASC砖),其理化指标达到了价值很高的优质ASC砖的水平;制成的再生刚玉-碳化硅-碳(ASC)浇注料和捣打料的性能达到甚至优于非再生产品的水平。这些再生产品的理化指标见表2。

  炼钢厂使用的滑板,其损坏的问题大多由于钢水热度、滑板开关操作的摩擦及钢水直接冲刷造成对内孔的损坏,以及钢水通过造成的急剧升温而产生热应力导致的裂纹出现。而通常钢水的冲刷对滑板内孔的侵蚀很小,只要除去附着物和残渣后,其杂质含量很低。另外,制备滑板使用原料是品位很高的刚玉质原料,因此将用后滑板制成颗粒料直接作为其他含碳耐火材料原料使用是可接受的。如用后滑板破碎后,经过进一步处理,以40%~60%比例加入到刚玉-碳化硅-碳(ASC)浇注料里,这样制成的喷枪常规使用的寿命达到了482次。而以30%比例加入到滑板配料中制备出的再生滑板取得了与新滑板相同的使用结果。

  值得指出的是,有的用后滑板往往只是中间孔周围的一小部分被侵蚀或损坏,可以把损坏部分切除,再补浇或镶嵌一块新的滑板材料,经过磨平处理后可接着使用。这种滑板修复处理方法称为直接浇注法和圆环嵌入法。图2显示直接浇注法修复滑板的过程,它是将新物料直接浇注损坏区域,并使用磷酸铅作为结合剂。用这种浇注料修复后,再生滑板的常规使用的寿命还是短于新滑板的常规使用的寿命。图3显示圆环嵌入法修复滑板的过程,它是使用一柱形环状物嵌入已处理好的滑板内孔中,并要求柱形环状物的材质与原滑板相同,而且各处光滑均匀,上下面与侧面成直角。用这种方法修复的滑板,其常规使用的寿命与新滑板相同。

  高级使用法是利用物理化学原理,对用后耐火材料做处理,使之变成具有高利用价值的材料的方法。由于用后耐火材料主要是氧化物和非氧化物组成的复合材料,所以能在拣选和破粉碎加工后,利用高温物理化学原理合成新材料。如用后黏土质耐火材料经处理后,通过碳热还原氮化方法,可以制成β-Sialon材料;而用后铝碳质滑板经处理后,通过碳热还原氮化反应可以制成AION材料。如能利用物理和化学的处理方法把用后耐火材料中的氧化物和非氧化物分离提纯,将它们作为合成原料,会有非常高的附加值。将用后耐火材料经过拣选、破粉碎和除铁等处理后,把它们加工成微粉甚至纳米粉,也会有十分普遍的应用前景。

  目前用后耐火材料还没有正真获得充分的利用,即使利用也多处于低附加值的直接利用和初级利用阶段。应该说中级利用还处在刚刚发展之中,而高级利用应该还处于萌芽阶段。各种用后耐火材料的再生利用的前景见表3所示。


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