添加劑及雜質(zhì)對煉鎳轉爐鎂鉻磚性能的影響

第38卷第6期西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol. 38 No. 62006年12月J. Xi'an Univ. of Arch. & Tech. (Natural Science Edition)Dec. 2006添加劑及雜質(zhì)對煉鎳轉爐鎂鉻磚性能的影響楊丁熬,袁守謙' ,鄭建英”,李勤2(1.西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院,陜西西安710055;2. 三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南三門(mén)峽472000)摘要:探討了添加劑A.B及雜質(zhì)對鎂鉻磚高溫強度、抗熱震性及抗煉鎳轉爐渣侵蝕等性能的影響。結果表明:含雜質(zhì)低的共燒結鎂鉻磚比一般鎂鉻磚及一般電熔再結合鎂鉻磚的抗煉鎳轉爐爐渣浸蝕性能好;含5%添加劑A的共燒結鎂鉻磚,其高溫抗折強度可達13.2MPa而未添加添加劑A的共燒結鎂鉻磚強度僅5.6MPa.添加5%添加劑A及CaO和SiO2雜質(zhì)低的共燒結料制的鎂鉻風(fēng)口磚適合于煉鎳轉爐風(fēng)口區使用.關(guān)鍵詞:添加劑;雜質(zhì);鎂鉻磚;性能;煉鎳轉爐中圈分類(lèi)號:TQ175. 71+6文獻標識碼:A文章編號:1006 7930( 2006)06-0888-05有關(guān)煉鎳轉爐用耐火材料的研究國內外報導甚少,煉鎳轉爐與煉銅轉爐,在結構、風(fēng)口安排、吹煉、冶煉溫度、爐渣成分。上相近[1-2].在煉銅轉爐內,國內外曾試驗過(guò)鎂炭磚、鎂白云石炭磚、鋁碳磚,但使用效果都不好,在煉銅轉爐風(fēng)口區,使用效果最好的鎂鉻材質(zhì)為高純共燒結鎂鉻料制成的共燒結鎂鉻磚57]。煉鎳轉爐風(fēng)口區耐火材料的損毀最為嚴重,其使用壽命僅為其它部位的三分之一,主要是熱機槭沖擊以及爐渣浸蝕和滲透的綜合結果.隨著(zhù)冶煉技術(shù)的進(jìn)步,普通鎂鉻磚已不能滿(mǎn)足使用要求,需要尋求優(yōu)質(zhì)高效的耐火材料來(lái)替代8.基于以上分析,從以下兩方面來(lái)改善鎂鉻磚的使用性能:①引人部分添加劑提高鎂鉻磚高溫強度、抗熱震性性能;②降低雜質(zhì)含量,提高鎂鉻磚抗煉鎳轉爐渣浸蝕性能.1鎂鉻磚制備與試驗方法1.1熟料與鎂 鉻磚的制備各種原料的化學(xué)成分見(jiàn)表1.共燒結鎂鉻熟料所用原料的配比見(jiàn)表2.表1共燒結鏌鉻所用各種原料的化學(xué)組成/%Tab. 1 Chemical compositions of various raw materials for fully co- clinker magnesia chromite %Raw materialsMgOCr:O3Al2O,Fe2OzCaOSiO2Ignition lossMagnesia clinker93. 910.950.701.250.871'Calcined magnesite89. 380. 850.101. 090. 379.08Chrome concentrate16. 4152. 93.13. 5715. 020. 251.610.20Chromite17. 8946. 6812.861. 994. 432.50Fused magnesia chrome75. 9414. 862.184. 221.89.0. 11Industrial alumina99.6按表2配料比例配料,經(jīng)細磨、混表2共燒結鏌鉻熟料所用原料的配比勻、壓成生坯，成型壓力為150MPa,Tab.2 Proportion of raw materials in the bricks %然后于1 750C下燒成,得到熟料編Noof Calcined ChromeIndustrial Additive Additive號為0.1.2.3.4的共燒結熟料。由這.linker magnesite concentratealumina598些共燒結熟料再分別制得編號為共3:2. 5燒結鎂鉻磚0*.1*、2* .3* .4*.33504所有磚的顆粒配比均為粗顆粒:60_4中顆粒:細粉=5; 1 : 4.結合劑為紙漿廢液,成型壓力為150 MPa在1750C中國煤化工MYHCNMHG收稿日期:2005-06-21薔金項目:西安建筑科技大學(xué)重大科技創(chuàng )新基金資助項目(ZX0502)作者簡(jiǎn)介:楊丁熬(1961-).男.河南陜縣人,副教授,博士研究生.主要從事耐火材料的研究.第6期楊丁熬等:添加劑及雜質(zhì)對煉鎳轉爐鎂鉻磚性能的影響889下燒成.此外,用中檔鎂砂58% ,電熔鎂鉻砂23%、鉻礦19%為原料,細粉中分別加人添加劑A為0%和2.5% ,按上面制磚工藝制得- -般鎂鉻磚5*和一般鎂鉻磚6#.用電熔鎂鉻料制得了一般電熔再結合鎂鉻磚7#.各磚的化學(xué)成分見(jiàn)表3.表3各鏌鉻磚的化學(xué)成分和添加劑/%Tab. 3 Chemical compositions and additive quantity of magnesia chromite bricks/%No of bricksMgOCr2O3Al2O3Fe2O3CaOSiO,Additive A Additive B061.9718.1413.155. 260.680.7960. 2817.68.12. 815.130.660.772. 558.8817.2412. 485.010.650.755. 065.0020. 005.581.552. 1361. 8518.995.301.482. 005.75. 8612. 723. 623. 941.292. 5873. 9612. 423.841.252. 5275. 9414.814.22.0.70.1.891.2試驗方法鎂鉻磚的體積密度、常溫抗折強度高溫抗折強度及抗熱震性均是三個(gè)磚測試結果的平均值,其中抗熱震性是以1100C水冷,循環(huán)至開(kāi)始碎裂的次數表示.抗渣試驗用煉鎳轉爐渣的化學(xué)成分:SiO234.74%, Al2O3 1. 09% ,Fe2O3 6. 07% ,FeO 49. 98% ,CaO 0. 78% ,MgO 1. 85%.所用坩堝尺寸(mm)為:φ50X50,中孔為@m25X25.各種鎂鉻坩堝分別裝人18g煉鎳轉爐渣后,放人已裝有SiC墊砂的SiC套管中,兩端用SiC板封閉,以保證試驗時(shí)每種坩堝磚溫度相同.升溫至1 500C保溫4 h,然后自然冷卻至室溫,再各裝入14g煉鎳轉爐渣,放入電爐內,再升溫至1 500"C,保溫4 h.冷卻后,用金剛石刀片將磚從中心切開(kāi),測量中孔切面半徑的1/2處的殘渣高度ha和h2.按公式h=1/2 (h; +h2 )計算殘渣高h.以殘渣高度多少來(lái)表示磚的抗爐渣滲透性與浸蝕性。之所以用這種表示法，是因為試驗后,所有各種磚的坩堝中孔尺寸變化甚微,而殘渣剩余量卻大不相同,因此抗轉爐渣侵蝕大小以殘渣量來(lái)表示.2試驗結果與分析2.1添加劑A對共燒結鎂鉻料及磚的性能與顯微結構的影響由鉻精礦與輕燒菱鎂礦制得的共燒結料0、1與2.破碎成顆粒后的顯氣孔率.體積密度與添加劑A含量的關(guān)系如圖1所示，其共燒結料隨著(zhù)添加劑A含量的增加,其氣孔率下降,體積密度提高，這說(shuō)明加人添加劑A對燒結有利.表4列出各種鎂鉻磚的物理性能.圖2與圖3示出了磚0# .1#.2#的顯氣孔率、體積密度、常溫抗折強度、1400C高溫抗折強度與添加劑A含量的關(guān)系.表4備種鎂鉻磚的物理性能Tab.4 Physical properties of magnesia chromite bricksApparent porosity /%1131219918Bulk Density /g. cm~3.193.253. 28203. 042.983. 05Cold crushing strength /MPa68.250.091.565. 058. 43.540.139.3Cold modulus of rupture /MPa15. 615.8 18. 512.317.45.49.5Hot modulus of rupture /MPa(1400C)5.611.813.18.919. 16.222.7Thermal shock resistance( 1100C )/times___ 2510從表4還可以看出,加入A大于2.5%可以使共燒結鎂中國煤化工高到5次.由圖2.3可見(jiàn),隨著(zhù)添加劑A含量的增加,其磚的顯氣孔率減:MYHCNMHG溫抗折強度均增高,尤其1400C高溫抗折強度提高最為顯著(zhù).含5%添加劑A的鎂鉻風(fēng)口磚,其高溫抗折強度達到13.2 MPa是未添加A磚強度5.6 MPa提高2.4倍.890西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第38卷01220 I2016E 12;13.4首12+ - Apparent porosity◆3.4◆- Bulk density3上/g.cm'.3.2-3..十Particlc porosity◆Particle density3.005i.0Additive A/%圍1添加劑A含量與共燒結料0#、1#、2#圖2添加劑A含量與磚0*、1#、2#顆粒的顆粒的氣孔率及體積密度的關(guān)系氣孔率及體積密度的關(guān)系Fig. 1 Relationship between the weight percentageFig.2 Relationship between the weight percentageof aditive A and the apparent porosities & bulkof additive A and the apparent porosities & bulkdensities of co-elinker 0,1.2densities of bricks 0,1,2如圖4所示,(A)為未加添加劑A的共燒結20 t鎂鉻磚0#斷口的SEM圖,(B)、(C)均為添加5%添加劑A的共燒結鎂鉻磚2#斷口SEM照片.由圖4可見(jiàn),添加添加劑A與未加添加劑A的共燒結鎂鉻磚在結構上有明顯差別.從斷面.◆t12SEM觀(guān)察比較,添加有添加劑A的共燒結鎂鉻磚其內部有大量的微細裂紋存在，由于這些微- 1 - Cold modulus ofrupture細裂紋的存在,可能促使主裂紋擴展的能量降g4◆Hot modulus of rupture at 1400C低,從而增強了磚的抗熱震性。未添加添加劑A的共燒結鎂鉻磚其顆粒結合不緊密,未形成穎粒50穿晶斷裂,添加5%添加劑A的共燒結鎂鉻磚其斷口顆粒為穿晶斷裂,可能由此增強了高溫結合困3添加劑A含量與磚0# 、1#、2*常溫及高溫強度和材料韌性,從而顯著(zhù)提高了磚的高溫強度抗折強度的關(guān)系.與抗熱震性能.Fig.3 Relationship between the weight percentage of2.2不同鎂鉻磚的抗渣性能.aditive A and the hot modulus of rupture & cold煉鎳轉爐中鎳及其化合物流動(dòng)性能好,但并modulus of rupture of bricks0* ,1# ,2*未發(fā)現對鎂鉻磚發(fā)生重大的影響和危害[°].而煉鎳時(shí)所形成的FeO-SiO2渣卻對耐火材料的損毀有著(zhù)顯著(zhù)影響.因此，我們對不同鎂鉻磚進(jìn)行了抗煉鎳轉爐渣的浸蝕試驗，試驗方法見(jiàn)前面1.2試驗方法，渣蝕試驗后,各種鎂鉻磚的殘渣高度如表5所示.結果可見(jiàn)，由共燒結料制作的0*-4*共燒結鎂鉻磚的抗渣性明顯優(yōu)于一般鎂鉻磚和一般電熔再結合鎂鉻磚。添加有5%添加劑A的共燒結鎂鉻磚2#優(yōu)于沒(méi)有添加添加劑A的共燒結鎂鉻磚0*.添加有5%添加劑B的共燒結鎂鉻磚4*也優(yōu)于沒(méi)有添加添加劑B的共燒結鎂鉻磚3*.此外,CaO、SiO2 雜質(zhì)含量較低的共燒結鎂鉻磚0*優(yōu)于雜質(zhì)含量高的共燒結鎂中國煤化工4的共燒結鎂鉻磚2#的殘渣高度16 mm,而普通鎂鉻磚殘渣高度僅5到7n|YCNMHG的共燒結鎂鉻磚2"抗渣性最好.第6期楊丁熬等:添加劑及雜質(zhì)對煉鎳轉爐鎂鉻磚性能的影響89120um20um1圖4試樣斷口SEM照片Fig. 4 Photographs of broken surfaces of the specimens2.3鎂鉻風(fēng)口磚的使用根據試驗結果，制做下列風(fēng)口磚用于工業(yè)實(shí)驗:表5各種鎂鉻磚的殘渣高 度(1)選擇一般鎂鉻磚6#制做工藝,制成了G-MCr風(fēng)口Tab.5 Width of slag residual of Magnesia chromite bricks磚;(2)添加5 %添加劑A的共燒結鎂鉻磚2#制做的No of bricks0123.4567鎂鉻磚C-MCr-2 風(fēng)口磚;(3)用新疆鉻礦生產(chǎn)的高_SlagWidth/mm1513161215567Cr2Os電熔料制做了再結合E-MCr-8與E-MCr-9風(fēng)表6鎂鉻磚的理化性能口磚. E-MCr-9加人了5%添加劑B,幾Tab. 6 Physical & chemical properties of magnesia chromite bricks種磚的性能示于表6.用這幾種鎂鉻風(fēng)No of brick口試驗磚砌在50t煉鎳轉爐風(fēng)口區,并GMCr E-MCr-8 E-MCr-9 C-MCr2與常用的普通鎂鉻風(fēng)口磚進(jìn)行了比較，MgO/%73.9 38. 2038. 2047. 30試驗表明G-MCr優(yōu)于周?chē)胀ㄦV鉻風(fēng)Cr20/%12. 4030.30 30. 3018. 30Al2O3/%3. 5711.10 11.10 13. 90口磚,但不太明顯，使用27爐后E-SiO2/%2.52。5.90 5.90 1. 70MCr8風(fēng)口磚與普通鎂鉻風(fēng)口磚相似，Fe2O3/%3. 4810.10 10.10 7. 60已無(wú)殘存磚,但E-MCr-9卻殘存50 mmCaO 1%1.251.201.20.0.86Apparent porosity 1%1120厚.說(shuō)明E-MCr-9優(yōu)于E-MCr-8.特別Bulk density /g. cm~33.13.383.443.4是雜質(zhì)含量低并添加5%添加劑A的共Cold strength of crushing/ MPa327910540燒結鎂鉻磚制做的C-MCr-2鎂鉻風(fēng)口Cold modulus of rupture/ MPa 6.715.913.3Hot modulus of rupture磚質(zhì)量明顯優(yōu)于普通鎂鉻風(fēng)口磚,使用at 1400C /MPa11. 7027爐后較周?chē)胀ㄦV鉻風(fēng)口磚凸出約130mm.使用試驗表明,添加5%添加劑A及CaO和SiO2雜質(zhì)低的共燒結料制的鎂鉻風(fēng)口磚適合于煉鎳轉爐風(fēng)口區使用.3結論(1)共燒結鎂鉻磚加人添加劑A大于2. 5%可以使抗熱震性次數從2次提高到5次.(2)加人5%添加劑A的共燒結鎂鉻磚的殘渣高度16 mm,而普通鎂鉻磚殘渣高度僅5-7 mm,以添加有5%添加劑A的共燒結鎂鉻磚抗渣性最好.(3)添加5%添加劑A的共燒結鎂鉻磚,其高溫抗折強度達到13.2MPa而未添加添加劑A磚強度5.6 MPa,其強度提高2.36倍.(4)添加5%添加劑A及CaO和SiO2雜質(zhì)低的共燒結料中國煤化]二東鎳轉爐風(fēng)口區使用。TYHCNMHG參考文獻References[1] 唐尊球.銅PS轉爐與閃速吹煉技術(shù)比較[J].有色金屬，2003(1); 9-11.892西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第38卷TANG Zun- quan. Technical comparison of Pierce Smith and flash copper converting process[J]. Nonferrous Met-als, 2003(1); 9-11.[2] 江武,徐偉年,宋 飛. φ4mX 10. 7mPS煉銅轉爐的加長(cháng)改造[J]. 礦冶，2003,12(1):71-74.JIANG Wu, XU Wei-nian, Song Fei. Reconstruction of 4mX 10. 7m PS copper converter for capacity expansion[J].Mining & Metallurgy, 2003,12(1):71-74.)[3] AVID B, GEORGE. Continuous copper coverting- A perspective and view of the future [M]. Seattle: TMS 2002Annual Meeting,2002. 98-102 .[4] 李勇,黃澤輝,石 杰有色金屬強化冶煉用優(yōu)質(zhì)鎂鉻耐火材料的開(kāi)發(fā)[J]. 有色設備,2000(5): 26-30.LI Yong, HUANG Zehui, SHI Jie. Exploitation of MgO-Cr203 refractories of high quality for smelting intensifica-tion of nonferrous metal making[J]. Nonferrous Metallurgicl Equipment，2000(5): 26-30. .[5]陳肇友. 有色金屬冶煉爐用耐火材料及其發(fā)展[J].河南冶金,1998(3);7-10.CHEN Zhao you. Refractories for nonferrous metal industry and its development [J]. Henan Metallurgy,1998(3):7-10.[6]蔣明學(xué),李勇.陳肇友耐火材料論文選[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1998.JIANG Ming xue,LI Yong. Papers on refractories authored by Chen Zhao you[ M]. Beijing: Metallurgical IndustryPress, 1998.[7] 李新,竇叔菊. TiO;對鎂鉻磚抗渣蝕性的影響[J].耐火材料,2001 ,35(3);144-146. .LI Xin,DOU Shurju. Effect of TiO2 on slag resistance of magnesia chrome brick [J]. Naibuo Cailiao, 2001 ,35(3);144-146.[8]鄭德勝,王玲娜 ,王建武.煉銅轉爐用優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚的研制[J].耐火材料,2000,34(5) :274-275 ,285.ZHENG De sheng, WANG Ling na, Wang Jian-wu. Development of high duty magnesia chrome brick for coppermaking converter[J]. Naihuo Cailiao, 2000,34(5):274-275,285.[9] 李勇,石杰,馬文鵬. 煉銅轉爐用鎂鉻磚損毀機理的探討[J].耐火材料,1997 ,31(6) 332-333.LI Yong, SHI Jie, MA Wen-peng. Study on Wear Mechanism of MgO-Cr203 Brick for Copper -making Converter[J]. Naihuo Cailiao, 1997 ,31(6) :32-3333(編輯 白茂瑞)Effects of additives and impurities on properties of magnesiachromite bricks used for nickel making convertersYANG Ding-aol.2 , YUAN Shou-qian' ,ZHENG Jian-yingt ,LI Qin2(1. School of Metallurgy Eng.，Xi'an Univ. of Arch. & Tech. ,Xian 710055 ,China;2. Sanmenxia Polytechnic , Sanmenxia 472000 ,China. )Abstract; The effects of additive A, B and impurities on the thermal shock resistance, hot modulus of rupture, slag resist-ance, etc . of magnesia chromite brick have been studied. The results show that the slag resistance of co- clinker magnesiachromite brick with a lower amount of impurities of CaO and SiO2 is much better than that of common magnesia chromiteand fused grain rebonded magnesia-chrormte brick. The hot modulus of rupture of co-elinker magnesia- chromite brickadded with 5% additive A does reach 13. 2 MPa which increases by 2. 4 times as many as that of the brick without additiveA which is only 5. 6 MPa. The application results show that the co clinker magnesia chromite brick added with 5% addi-tive A and less amount of impurities of CaO, SiO2, is one of the most promising bricks suitable to the tuyiere region ofnickel making converters .Key words: additives ; Im purities magnesia chromite bricks ; pro中國煤化工:YHCNMHGBiography:YANG Ding ao, Associcate Professor, Candidate for Ph. D.，X'an 710055.P. R. China, Tel: 0086-29-82202955，E-mail:yang ding gao@ hot mail. com