隨著耐火材料行業(yè)的快速發(fā)展，由于耐火原料的無序濫采、不合理的消耗以及對環(huán)境的嚴(yán)格保護(hù)，

耐火原料資源的短缺逐漸成為了耐火行業(yè)發(fā)展的瓶頸，耐火原料資源的綜合開采和利用勢在必行。對用后耐火材料進(jìn)行再生利用不僅節(jié)約資源，減少環(huán)境污染，而且可以大大降低耐火材料的生產(chǎn)成本和煉鋼成本。而鋼鐵企業(yè)是耐火材料消耗的大戶，我國每年產(chǎn)生數(shù)百萬噸用后耐火材料，其中重新回收利用的比例僅占30%，其余的作為工業(yè)垃圾被廢棄或掩埋處理。鎂碳磚是目前煉鋼設(shè)備使用量最大的耐火材料。其中，轉(zhuǎn)爐與鋼包使用的鎂碳磚約占總鎂碳質(zhì)耐火材料消耗量的30%～40%，如何處理和利用大量廢棄鎂碳質(zhì)耐火材料，已成為亟需解決的問題。

在廢舊鎂碳磚利用方面，回收廢磚過程中不可避免地帶入少量鋼渣，這樣就有可能影響再生鎂碳磚的局部品質(zhì)，往往會嚴(yán)重降低其使用壽命，甚至造成穿包事故。轉(zhuǎn)爐大面修補料通常是鎂碳質(zhì)耐火材料，應(yīng)具有以下特性:受熱具有良好的流動性，能快速燒結(jié)，有較強的黏結(jié)強度和耐侵蝕性。在本工作中，利用廢舊鎂碳磚生產(chǎn)轉(zhuǎn)爐修補大面用的修補料，這樣既發(fā)揮了廢鎂碳磚料耐火度高、抗渣性和抗熱震性好的優(yōu)點，而且回收廢磚中帶入的少量鋼渣也不會對補爐效果帶來明顯的影響。

1.1原料

試驗采用的主要原料有廢舊鎂碳磚顆粒(5～3、3～1和≤1mm)、MS95燒結(jié)鎂砂細(xì)粉(≤0.074mm)，以改性瀝青(≤0.15mm，軟化點112.5℃，結(jié)焦值58.2%)為結(jié)合劑，Ⅰ蒽油(密度1.04～1.15g·cm-3，結(jié)焦值0.56%)為助熔劑，添加劑為B4C粉(≤0.045mm)和w(Al)≥97.5%的金屬Al粉(≤0.074mm)。其中，廢舊鎂碳磚顆粒和MS95燒結(jié)鎂砂細(xì)粉的主要化學(xué)組成見表1。

原料的化學(xué)組成

1.2試樣制備及性能檢測

試驗中設(shè)計了A、B和C三組試樣，其中5～3、3～1和≤1mm的廢舊鎂碳磚顆粒的加入量(w)分別為30%、20%和20%，基質(zhì)和外加劑的配比見表2。先加入廢舊鎂碳磚顆粒料，混練3～5min，再按照表2加入鎂砂細(xì)粉和外加劑。A組原料混合均勻后，自然堆積在托盤里，放入烘箱升溫到200℃保溫40min，觀察不同改性瀝青加入量對修補料鋪展情況的影響;分別稱取各組配料，用液壓試驗機(jī)在30MPa的壓力下壓制成約φ50mm×50mm的圓柱試樣后，將成型好的圓柱試樣在埋炭(石墨)氣氛下于1200℃保溫3h，然后分別檢測各組試樣的常溫耐壓強度;在空氣中將B和C組圓柱試樣加熱到1000℃保溫2h進(jìn)行氧化試驗，沿圓柱體試樣軸線方向?qū)⒃嚇忧谐蓛砂?，其抗氧化性用氧化?/span>(試樣截面上被氧化的面積占截面面積的百分?jǐn)?shù))來評價。

 試樣中基質(zhì)和外加劑的配比

2.1改性瀝青加入量的影響

圖1給出了試樣A5—A8經(jīng)200℃保溫40min后的外觀照片?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng)改性瀝青外加量達(dá)到15%(w)后，修補料受熱開始發(fā)生鋪展現(xiàn)象，改性瀝青對顆粒料的浸潤性變好。這是因為改性瀝青在150～250℃會逐漸由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，黏度急劇減小，大幅度降低了滲透過程中結(jié)合劑-顆粒料界面的表面能和摩擦力。當(dāng)改性瀝青加入量足夠多時，可以有效提高改性瀝青對廢舊鎂碳顆粒料的浸潤效果。但當(dāng)改性瀝青加入量超過21%(w)后，雖然試樣的鋪展性更好，但由于改性瀝青受熱時會有大量揮發(fā)氣體逸出，從而生成孔洞，進(jìn)而使其氣孔率增大。

試樣A5-A8經(jīng)200℃保溫40min后的外觀照片

圖2示出了改性瀝青加入量對試樣常溫耐壓強度的影響。由圖2可知，在一定范圍內(nèi)試樣的強度隨瀝青量增加呈增大的趨勢，但加入21%(w)改性瀝青的試樣A8的強度下降。這是由于當(dāng)改性瀝青結(jié)合劑量太少時，修補料燒結(jié)后內(nèi)部不能形成碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，強度較低;隨著改性瀝青量的增加，燒結(jié)后碳網(wǎng)絡(luò)逐漸完整，結(jié)合強度增大;但是，當(dāng)改性瀝青量過多時，受熱時大量揮發(fā)氣體逸出，會破壞修補料的組織結(jié)構(gòu)，從而強度降低。綜合鋪展試驗和強度結(jié)果來看，將改性瀝青結(jié)合劑的加入量控制在19%(w)較好。

改性瀝青加入量對試樣常溫耐壓強度的影響

2.2不同Al粉和Al+B4C粉添加量的影響

表3示出了不同Al粉和Al+B4C粉添加量對試樣抗氧化性能的影響?？梢钥闯?，不添加防氧化劑的試樣B1脫碳現(xiàn)象嚴(yán)重，而相比于添加金屬Al粉的試樣B2—B4，含0.5%(w)B4C粉的試樣C1—C4抗氧化能力更佳。這可能是由于B4C在高溫下生成液態(tài)Mg3(BO3)2能夠起到填充氣孔，防止氧化的作用。

不同Al粉和Al+B4C復(fù)合添加劑加入量對試樣抗氧化性能的影響

示出了不同Al粉和Al+B4C粉添加量對試樣經(jīng)1200℃保溫3h(埋炭)后常溫耐壓強度的影響。由圖可知，單一增加Al粉加入量對修補料的強度增加不明顯，但是添加3%(w)Al粉和0.5%(w)B4C添加劑后試樣的耐壓強度顯著提高。這是由于修補料中的Al粉與試樣中的碳可以在高溫下生成纖維狀的Al4C3，如圖4所示，從而提高了試樣的強度。

由于同時添加B4C時，可以起到防止Al粉氧化的作用，使其生成較多的Al4C3，從而明顯提高了修補料的強度。而單一加入Al粉時，可能是由于有部分Al粉被氧化，造成生成的Al4C3數(shù)量較少，因此耐壓強度增加并不明顯。

綜合實驗室研究結(jié)果，確定了再生鎂碳修補料的配比并進(jìn)行工業(yè)性試驗。試驗配比(w)為:5～3、3～1和≤1mm的廢舊鎂碳磚顆粒料分別為30%、20%、20%，≤0.074mm的MS95燒結(jié)鎂砂細(xì)粉為27%，Al粉的加入量為3%，≤0.15mm的改性瀝青外加量為19%，Ⅰ蒽油外加量為3.5%，添加劑B4C的外加量為0.5%。首批生產(chǎn)了30t試驗料，其化學(xué)組成(w)為:MgO79%，CaO1.1%，Al2O32.9%，SiO23.1%，Fe2O31.9%，C10.2%;體積密度為2.15g·cm-3，常溫耐壓強度為5.6MPa。

再生鎂碳熱態(tài)修補料在馬鋼60t轉(zhuǎn)爐上進(jìn)行了應(yīng)用，在試用期間轉(zhuǎn)爐爐齡已達(dá)到16000多爐，處于爐役后期，因此爐況較差?，F(xiàn)場使用的修補料補爐一次使用壽命一般為20爐左右。而使用研制的轉(zhuǎn)爐熱態(tài)修補料易鋪展，燒結(jié)時有白光，補爐附著性好，中途沒有出現(xiàn)過脫落問題。補1次爐使用試驗料1t，燒結(jié)時間在30min內(nèi)，可以使用40爐以上，取得較好的使用效果。

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