CN102584285A - 一种用于转底炉铺底料的镁碳质材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁碳质材料的制备方法，此材料可用于转底炉作为铺底料。该铺底料为镁碳质材料，其中含有废弃的镁碳砖，镁砂，鳞片石墨，固体沥青粉，热固性酚醛树脂，氮化钛，碳化钛(或碳化钨，碳化硼)，氧化铝微粉(或镁铝合金粉)和硅粉等。转底炉直接还原工艺要求含碳球团直接均匀平铺到铺底料上，同时在1250～1400℃条件下还原12～25min后排出转底炉。通常转底炉铺底料采用轻烧白云石为铺底料，但铺底料与球团发生烧结和粘连作用造成炉底升高，对出料工序造成严重破坏。采用一种镁碳质材料作为转底炉铺底料，可以防止由于在高温1250～1400℃条件下破碎的球团粉末与铺底料粘连而造成的炉底升高，另外还杜绝了在高温1250～1400℃条件下铺底料与金属化球团发生烧结现象。
Description
技术领域
本发明涉及以转底炉为还原设备，采用原料如铁精粉或含铁、锌等粉尘生产金属化球团(或直接还原铁)，以及有色行业采用钒钛磁铁矿、红土镍矿等生产金属化球团时，转底炉铺底料的制备方法，属于特殊材料制备领域。
背景技术
转底炉直接还原技术生产金属化球团是最近三十年间发展起来的处理钢铁厂含锌粉尘和处理特殊有色金属矿石的新工艺。此项工艺过程是将含碳球团均匀铺放在转底炉的炉底，球团在炉内完成还原后采用螺旋出料机将球团排出转底炉，因此铺底料材质的选择是影响转底炉稳定运行的一个重要单元。
通常转底炉炉底采用轻烧白云石作为铺底料，但生产过程中难以满足工艺要求，存在以下不足：
(1)白云石在高温下与金属化球团发生渣化反应，产生粘结现象，当进入转底炉的生球团发生破碎或未被筛子筛除的小颗粒进入转底炉时，较小的球团颗粒将会与白云石发生渣化反应并粘结在炉底，而此时大部分还原后的金属化球团通过螺旋出料机排出转底炉，这部分破碎的小块金属化球团粘结在炉底上不能被螺旋出料机排出转底炉，但转底炉是连续不断的生产，这就使得转底炉的炉底由于不断粘结小颗粒，而一层一层的抬高，最终造成出料机出料困难。此时转底炉需要停产检修，削低炉底满足螺旋出料机的运行要求；
(2)转底炉运行一段时间后需要进行检修，大型检修时检修时间较长，可能发生炉膛温度降到常温的情况，此时炉底铺底料采用白云石会发生吸潮现象，造成白云石粉化产生大量粉末。由于粉化后白云石粉末比重较轻，转底炉从新点火升温过程中大量白云石粉末被炉内热废气吹起，粉末随废气进入转底炉余热系统，从而造成余热锅炉或换热器等装置发生粘接堵塞现象。
发明内容
本发明的目的在于一种镁碳质铺底料及其制备方法，此方法能够满足转底炉不同工艺，如处理钢铁厂处理含锌粉尘或采用铁精粉生产金属化球团(或直接还原铁)，以及有色行业采用钒钛磁铁矿、红土镍矿等生产金属化球团。采用此种镁碳质材料作为转底炉铺底料，可以对铺底料成份微调，从而实现转底炉铺底料适应多种原料条件，并克服铺底料粘结原料和粉化现象。
本发明的另一目的在于提供所述镁碳质铺底料的用途。
本发明通过以下技术方案实现：
一种镁碳质铺底料，由铺底料原料和外配添加剂组成；其特征在于：外配添加剂的重量为铺底料原料总重量的1.5％～4％.，采用的铺底料原料按重量百分比数据如下，总计为100％：
废弃镁碳砖75％～85％；
镁砂4％～9％；
石墨化沥青6％～9％；
废糖浆2％～4％；
酚醛树脂结合剂2％～3％。
废弃镁碳砖粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～2mm，2～3mm，3～5mm分别为10％～13％，14％～17％，22％～30％，40％～54％；
镁砂粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～1mm，1～3mm分别为20％～25％，40％～50％，30％～35％。
所述废弃镁碳砖一般选用电炉或者转炉维修时更换下的废料，其成份含量为：82％～87％的MgO，5％～9％的C，2％～3％SiO2，2％～3％的CaO，4％～5％的Al2O3，＜1％的Fe2O3。
所述废糖浆为工业制糖过程中，蔗糖结晶后，剩余的不能结晶，但仍含有较多糖的液体残留物，其成份含量为：含糖量大于～42％、锤度65％以上。
以上述铺底料原料为100％，外配添加剂1.5％～4％.在以已经配好原料100％物料为基础上，外配添加剂应单独选用以下三种配料方案的任何一种，用以调整材料的性能以适用于不同工艺条件的转底炉。
外配添加剂选自以下的一种或其组合：
(1)外配添加剂可选择1％的Al2O3超微粉和1.5％～3％的镁铝合金细粉(150目～300目)做为抗氧化剂，以增强铺底料在转底炉高温区抵抗球团表面铁氧化物的氧化和炉内弱氧化气氛，增加强度；
(2)外配添加剂可选择1.5％～2％的金属硅粉和1％～1.5％的碳化硅粉，增强高温使用性能；
(3)外配添加剂可选择1.5％～2.5％的氮化钛，降低转底炉内高温金属化球团与铺底料之间的粘连。
所述用原料镁砂粒度小于等于3mm；石墨化沥青的固定碳含量＞75％，软化点＞250℃；
镁碳质铺底料中含有大量碳素，碳含量为20％～32％，碳素的形态为石墨和炭黑的混合物。
本发明还提供所述的适用于转底炉的镁碳质铺底料的制备方法，其特征在于废弃的镁碳砖需经过如下处理：将废弃的镁碳砖破碎、磁选后清除废弃的镁碳砖所含的杂质，然后将碎块状的废气镁碳砖放入耐酸的容器内，喷入弱酸性水溶液，静置6～8小时，再通入110℃以上的水蒸气不小于2小时；最后将粉化后的废镁碳砖高温750℃～850℃烘烤4～6小时，脱除结晶水，得到可以达到配料要求的废镁碳原料。
所述杂质为废弃的镁碳砖所含的残钢、钢渣。
所述转底炉镁碳质铺底料制备步骤如下：
(1)石墨化沥青的制备：取沥青放置在高压反应釜内，反应釜压力控制在0.3～0.5MPa，温度在400～440℃，保温3～4小时，在制取石墨化沥青过程中通过泄压阀放出产生的馏分，保温结束后缓慢泄压到常压，同时温度控制在350～400℃，蒸馏完成后设备中剩余物料为石墨化沥青；
(2)将废弃的镁碳砖破碎、磁选后清除杂质，然后将碎块状的废弃镁碳砖放入耐酸的容器内，喷入弱酸性水溶液，静置6～8小时，再通入110℃以上的水蒸气不小于2小时；最后将粉化后的废镁碳砖高温750℃～850℃烘烤4～6小时，脱除结晶水，得到处理后的废弃镁碳砖；
(3)按照原料配比，将所述处理后的废弃镁碳砖，镁砂，废糖浆，酚醛树脂结合剂，石墨化沥青依次加入混合机中，混匀时间控制在15～25min，混合均匀后排出混合料，然后将混匀料放入压块机中制作成椭球状的生球(长30mm、宽20mm和高15mm)；
(4)最后将成型的生球放入窑中150℃～400℃进行烘烤，烘烤时间为20～30小时，获得转底炉镁碳质铺底料。
步骤2)所述杂质为废弃的镁碳砖所含的残钢、钢渣。
所述的弱酸性水溶液一般是pH值为5～7的水溶液，常见的水溶液显弱酸性有弱酸(碳酸、次氯酸、硫化氢等)、强酸弱碱盐(氯化铵、氯化铜等)。本领域技术人员可根据公知常识选择合适的弱酸性水溶液。
本发明还提供所述镁碳质铺底料的用途，其特征是用于转底炉。
本发明镁碳质材料用于转底炉铺底料，不仅适应多种原料条件，而且克服了铺底料粘结原料和粉化现象。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明。但本发明并不局限于此。
如无特殊说明，实施例中的百分含量均为重量百分含量。
实施例1
(1)(1)石墨化沥青的制备：取适量沥青放置在高压反应釜内，反应釜压力控制在0.4MPa，温度在415℃，保温3.5小时，在制取石墨化沥青过程中通过泄压阀放出产生的馏分，保温结束后缓慢泄压到常压，同时温度控制在360℃，蒸馏完成后设备中剩余物料为石墨化沥青；
(2)将废弃的镁碳砖破碎、磁选后清除废弃的镁碳砖所含的残钢、钢渣等杂质，然后将碎块状的废气镁碳砖放入耐酸的容器内，喷入弱酸性水溶液，静置6小时，再通入120℃的水蒸气2.5小时；最后将粉化后的废镁碳砖高温780℃烘烤6小时，脱除结晶水，得到可以达到配料要求的废镁碳原料。
(3)将所述处理后的废弃镁碳砖(77.5％)，镁砂(7％)，废糖浆(4％)，酚醛树脂结合剂(3％)，石墨化沥青(8.5％)按顺序加入混合机中，外配添加剂1.5％的金属硅粉和1.3％的碳化硅粉，混匀时间控制在15min，混合均匀后排出混合料，然后将混匀料放入压块机(压力300吨)中制作成椭球状的生球(长30mm、宽20mm和高15mm)；
(4)最后将成型的生球放入窑中280℃进行烘烤，烘烤时间为25小时，获得转底炉镁碳质铺底料。
废弃镁碳砖粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～2mm，2～3mm，3～5mm分别为10％，17％，30％，43％；
镁砂粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～1mm，1～3mm分别为20％，50％，30％。
所获得镁碳质铺底料的物理性能为：堆比重为1.71g/cm3，体积密度为2.79g/cm3，气孔率为3.05％、耐压强度53Mpa。
所获得的镁碳质铺底料可以适用于处理钢铁厂处理含锌粉尘或采用铁精粉生产金属化球团，以及有色行业采用钒钛磁铁矿、红土镍矿等生产金属化球团。
实施例2
其他同实施例1。不同之处在于：步骤3)中外配添加剂为2％的金属硅粉和1.5％的碳化硅粉。
废弃镁碳砖粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～2mm，2～3mm，3～5mm分别为13％，14％，22％，51％；
镁砂粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～1mm，1～3mm分别为25％，40％，35％。
实施例3
其他同实施例1。不同之处在于：步骤3)中外配添加剂为1.7％的金属硅粉和1％的碳化硅粉。
废弃镁碳砖粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～2mm，2～3mm，3～5mm分别为11％，15％，27％，47％；
镁砂粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～1mm，1～3mm分别为22％，45％，33％。
实施例4
其他同实施例1。不同之处在于：步骤3)中外配添加剂为1％的Al2O3超微粉和3％的镁铝合金细粉。
实施例5
其他同实施例1。不同之处在于：步骤3)中废弃镁碳砖(85％)，镁砂(4％)，废糖浆(3％)，酚醛树脂结合剂(2％)，石墨化沥青(6％)按顺序加入混合机中，外配添加剂为1％的Al2O3超微粉和1.5％的镁铝合金细粉。
实施例6
(1)石墨化沥青的制备：取适量沥青放置在高压反应釜内，反应釜压力控制在0.4MPa，温度在430℃，保温3.4小时，在制取石墨化沥青过程中通过泄压阀放出产生的馏分，保温结束后缓慢泄压到常压，同时温度控制在400℃，蒸馏完成后设备中剩余物料为石墨化沥青；
(2)将废弃的镁碳砖破碎、磁选后清除废弃的镁碳砖所含的残钢、钢渣等杂质，然后将碎块状的废气镁碳砖放入耐酸的容器内，喷入弱酸性水溶液，静置8小时，再通入130℃的水蒸气3小时；最后将粉化后的废镁碳砖高温850℃烘烤5小时，脱除结晶水，得到可以达到配料要求的废镁碳原料。
(3)将所述处理后的废弃镁碳砖(81％)，镁砂(9％)，废糖浆(2％)，酚醛树脂结合剂(2％)，石墨化沥青(6％)按顺序加入混合机中，外配添加剂1.5％的碳化硅粉、2.5％的氮化钛和1.5％的金属硅粉，混匀时间控制在25min，混合均匀后排出混合料，然后将混匀料放入压块机(压力600吨)中制作成长方形砖块状(长500mm、宽30mm和高150mm)；
(4)最后将成型的生砖块放入窑中380℃进行烘烤，烘烤时间为30小时，获得转底炉镁碳质铺底料。
所获得镁碳质铺底料的物理性能为：体积密度为3.10g/cm3，气孔率为2.83％、耐压强度70Mpa。
所获得的镁碳质铺底料可以适用于采用铁精粉、钒钛磁铁矿、红土镍矿等生产珠铁。
实施例7
其他同实施例6。不同之处在于：步骤3)中外配添加剂为2％的氮化钛。
实施例8
其他同实施例7。不同之处在于：步骤3)中外配添加剂为1.5％的氮化钛、1％的Al2O3超微粉和1.5％的镁铝合金细粉(150目～300目)。
Claims (10)
1.一种镁碳质铺底料，由铺底料原料和外配添加剂组成；其特征在于：外配添加剂的重量为铺底料原料总重量的1.5％～4％.，采用的铺底料原料按重量百分比数据如下，总计为100％：
废弃镁碳砖75％～85％；
镁砂4％～9％；
石墨化沥青6％～9％；
废糖浆2％～4％；
酚醛树脂结合剂2％～3％。
2.如权利要求1所述的镁碳质铺底料，其特征在于：废弃镁碳砖粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～2mm，2～3mm，3～5mm分别为10％～13％，14％～17％，22％～30％，40％～54％。
3.如权利要求1所述的镁碳质铺底料，其特征在于：镁砂粒度组成为：粒度区间分别为小于200目的细粉，200目～1mm，1～3mm分别为20％～25％，40％～50％，30％～35％。
4.如权利要求1所述的镁碳质铺底料，其特征在于：所述废弃镁碳砖，其成份含量为：82％～87％的MgO，5％～9％的C，2％～3％SiO2，2％～3％的CaO，4％～5％的Al2O3，＜1％的Fe2O3。
5.如权利要求1～4任一项所述的镁碳质铺底料，其特征在于：外配添加剂选自以下的一种或其组合：
(1)外配添加剂选择1％的Al2O3超微粉和1.5％～3％的镁铝合金细粉(150目～300目)；
(2)外配添加剂选择1.5％～2％的金属硅粉和1％～1.5％的碳化硅粉；
(3)外配添加剂选择1.5％～2.5％的氮化钛。
6.如权利要求1～4任一项所述的镁碳质铺底料，其特征在于：所述用原料镁砂粒度小于等于3mm；石墨化沥青的固定碳含量＞75％，软化点＞250℃；
镁碳质材料中含有大量碳素，碳含量为20％～32％，碳素的形态为石墨和炭黑的混合物。
7.如权利要求1～6任一项所述的镁碳质铺底料的制备方法，其特征在于废弃的镁碳砖需经过如下处理：将废弃的镁碳砖破碎、磁选后清除杂质，然后将碎块状的废气镁碳砖放入耐酸的容器内，喷入弱酸性水溶液，静置6～8小时，再通入110℃以上的水蒸气不小于2小时；最后将粉化后的废镁碳砖高温750℃～850℃烘烤4～6小时，脱除结晶水，得到可以达到配料要求的废镁碳原料。
8.如权利要求8所述的镁碳质铺底料的制备方法，步骤如下：
(1)石墨化沥青的制备：取沥青放置在高压反应釜内，反应釜压力控制在0.3～0.5MPa，温度在400～440℃，保温3～4小时，在制取石墨化沥青过程中通过泄压阀放出产生的馏分，保温结束后缓慢泄压到常压，同时温度控制在350～400℃，蒸馏完成后设备中剩余物料为石墨化沥青；
(2)将废弃的镁碳砖破碎、磁选后清除杂质，然后将碎块状的废弃镁碳砖放入耐酸的容器内，喷入弱酸性水溶液，静置6～8小时，再通入110℃以上的水蒸气不小于2小时；最后将粉化后的废镁碳砖高温750℃～850℃烘烤4～6小时，脱除结晶水，得到处理后的废弃镁碳砖；
(3)按照原料配比，将所述处理后的废弃镁碳砖，镁砂，废糖浆，酚醛树脂结合剂，石墨化沥青依次加入混合机中，混匀时间控制在15～25min，混合均匀后排出混合料，然后将混匀料放入压块机中制作成椭球状的生球；
(4)最后将成型的生球放入窑中150℃～400℃进行烘烤，烘烤时间为20～30小时，获得转底炉镁碳质铺底料。
9.如权利要求7或8所述的镁碳质铺底料的制备方法，其特征在于，权利要求7和权利要求8的步骤2)所述杂质为废弃的镁碳砖所含的残钢、钢渣。
10.如权利要求1-6任一项所述镁碳质铺底料的用途，其特征是用于转底炉。
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