專利名稱：一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料及其加工工藝的制作方法
一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料及其加工工藝
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金領域，尤其是對廢棄高爐主溝料進行回收利用來生產主溝料的加
工工藝。
背景技術：
鋼鐵企業(yè)每年消耗380萬噸的耐火材料，同時產生約150萬噸的廢棄耐材，這些廢棄耐材不但數量巨大，而且極難處理，除了極少數可以返回生產線再利用外，大部分廢棄耐火材料的典型處理方式就是掩埋或降級使用，造成了極大的資源浪費和環(huán)境的嚴重污染， 因此開展廢棄高爐主鐵溝料循環(huán)再利用技術的研究，不僅可以降低成本，而且在工業(yè)固體廢棄物的資源綜合方面也有深遠的意義，是目前研究的熱點課題。目前，高爐向大型化、高效化、自動化方向發(fā)展，高爐爐體的長壽問題基本得到解決，在確保爐體耐火材料修砌質量的前提下，一代爐齡可達15 20年。高爐大型化后，鐵水及渣的沖刷力、磨損增加，主鐵溝的工作條件日益苛刻，壽命降低，因此對鐵溝料的研究逐漸深入，其材質和結合方式也在不斷的改進，如主材質從高鋁礬土骨料、棕剛玉、亞白剛玉發(fā)展到致密剛玉，結合方式包括水泥結合、溶膠凝膠結合、Sialon結合的Al2O3-SiC-C(ASC) 澆注料。隨著環(huán)保的重視和各大鋼鐵廠利潤趨薄，廢棄耐火材料再生利用以解決環(huán)保和成本問題將會是耐火材料行業(yè)一個非常重要的課題。世界各國選用溝襯耐火材料、溝的結構方式、施工方法都各有不同，但現在最普遍的高爐出鐵溝的工作層主要采用氧化鋁、碳化硅、碳素組成的材料。根據高爐的規(guī)格和出鐵口數量，其主溝料又各有不同。數百立方米容積的小型高爐，單鐵口出鐵，一般采用非貯鐵式主溝，每次出鐵量少，散熱快，清除殘余渣鐵較困難，多采用免烘烤搗打料，其優(yōu)點:施工簡單、使用前不需供
烤，滿足了快速出鐵的需要。但是其使用壽命較短，通鐵量比較低，目前國內先進水平的搗打料一次性通鐵量在3萬 3. 5萬噸，另外材料使用性能受操作人員施工狀態(tài)的影響比較大，爐前施工強度高。這類材料一般用樹脂結合，在成型使用過程中產生有害氣體較多，惡化了作業(yè)環(huán)境。中型、大型高爐一般有2 4個鐵口，采用貯鐵式或半貯鐵式主溝，工作襯材質多選擇Al2O3-SiC-C澆注料。多個鐵口、多個鐵溝，可以保證高爐連續(xù)出鐵，保證足夠的時間對備用鐵溝施工、維修、烘烤。鐵溝澆注料的主要優(yōu)點為致密性好、通鐵量高；可以不拆除殘襯，可多次利用，減少耐材的消耗。缺點為需要長時間的烘烤和比較嚴謹的烘烤曲線。目前，國內先進水平的澆注料，一次性通鐵量在12萬噸以上。鐵溝預制件適用于所有型號的高爐。其一般情況下，通過模具按鐵溝的形狀將澆注料預制成型，經烘烤，在現場拼裝后可直接投入使用。其優(yōu)點為不需要經過現場烘烤、操作容易、可快速更換、維修方便、 通鐵量高；缺點為成本比較高、預制工藝復雜。預制件與澆注料性能基本相近，一次性出鐵量在10萬噸左右。國外許多國家，尤其是發(fā)達國家，對用后耐火材料的再利用非常重視，用后耐火材料的再利用率在60%以上。有的公司與大學以及研究機構合作對用后耐火材料的再利用進行了深入研究；有的地方建立了專門回收和再加工用后耐火材料的公司；用后耐火材料正在向全部被利用、零排放的方向發(fā)展。在日本，出鐵溝A1203-SiC_C(ASC)澆注料已有50 %得到再利用，主要用作出鐵溝不定形耐火材料的骨料；用后鎂鉻磚料做偏心底出鋼口的填料，其開澆率大于98% ； A1203-Mg0 · A1203澆注料回收后用作修補料和噴補料，也可以再加工制成耐火磚。鹿島鋼鐵廠成功研制出滑板的再利用工藝，他們使用澆注料澆注復原的方法和圓環(huán)鑲嵌法，使修復后滑板和新滑板的使用壽命相同。知多鋼廠以用后磚為原料，開發(fā)出鋼包底周邊搗打料， 鋼包澆注料以及不定形產品。如用85%再生料和15%的新原料混合生產出電爐爐池部位用不燒鎂磚；以90%的再生料和10%的新料混合生產出電爐渣線用鎂碳磚；全部使用再生料生產的RH底燒成鎂鉻磚等。使用效果與原始磚(新磚)基本相同。日本知多鋼廠廢棄耐火材料的再利用率達到了 50% 100%。新日鐵公司已成功地將用過的MgO-C耐火材料加入到MgO-C磚中，在鋁尖晶石澆注料中加入了達20%的回收鋁尖晶石骨料。吳制鐵所為了提高用后耐火材料的再循環(huán)利用比率,研究了在A1203-SiC磚中添加滑動水口耐火材料的方法，得出了很多有益的結論。韓國浦項鋼鐵公司統(tǒng)一把用后耐火材料回收，經過揀選和破碎成40nm以下顆粒， 揀出廢鋼和不同的耐火材料。廢鋼作為煉鋼原料，而耐火材料根據不同類別，分別作為耐火材料的原料、濺渣護爐料等冶金輔助料和鋪路料等。美國鋼廠每年產生100萬噸用后耐火材料，以前幾乎全被掩埋，僅有少量回收。 1998年美國能源部、工業(yè)技術部和鋼鐵生產者聯(lián)合制定了用來延長耐火材料的使用壽命和回收利用用后耐火材料的計劃。政府的支持、生產企業(yè)、用戶和研究機構之間的合作，加強了對用后耐火材料回收利用的研究?；厥盏哪突鸩牧蠎梅秶敲摿騽?、爐渣改質劑，耐火骨料等產品。美國對用后白云石作為土壤調節(jié)劑和造渣劑進行了研究，取得了良好的結果， 如今美國的用后耐火材料量已經減少了很多。在歐洲，成立于1987年的法國Valoref公司專門做全球用后耐火材料生意，開發(fā)出回收利用來自玻璃、鋼鐵、化工等工業(yè)的大多數用后耐火材料的技術；意大利Omcine Meccaniche di Ponzano Venetto公司開發(fā)出一種回收利用鋼鐵工業(yè)各種爐子、中間包、鑄錠模和鋼包內襯用耐火材料的方法，將所回收的耐火材料直接噴吹入爐以保護爐壁。我國用后耐火材料再利用率不足20 %，近幾年，隨著國內環(huán)保政策的貫徹實施,耐火材料市場競爭的加劇，用后耐火材料的再利用逐步受到重視。目前，國內已有不少企業(yè)和科研機構看到了用后耐火材料回收利用的廣闊前景和重要性，積極地開展了這方面的研究和應用，努力提高用后耐火材料的回收再利用率。寶鋼利用添加50%的用后鎂碳磚料再生的鎂碳磚，用在120t鋼包渣線，使用壽命達到120次，經過一年多的使用證明，優(yōu)于用電熔鎂砂制成的新的鎂碳磚。以用后鎂碳磚為原料研制出的電爐出鋼口填料，自開率達95%以上，與鎂橄欖石質填料相當；以用后含碳耐火材料為原料，研制的精煉爐用引流砂、轉爐大面熱修補料以及濺渣料，也都取得了良好的使用效果。寶鋼用后MgO-C磚的再利用實績表明,用后耐火材料的再利用，不再是傳統(tǒng)意義上的簡單加工與替代，其應用水平也不再是必須降低使用檔次的概念。通過技術這一平臺，其利用價值將會得到充分的發(fā)揮和體現。
鞍鋼將從廢鋁鎂尖晶石澆注料中分離出的顆粒重新作為澆注料原料加入(配加量為20% )，一年的使用結果表明，全年平均包齡達到了 97. 3爐，比上一年不加廢澆注料顆粒的包襯平均還高3爐。這說明回收的用后澆注料顆粒完全可以再利用。濟鋼對鋁碳質耐火材料進行了深入的研究。根據煉鋼用鋁碳質耐火材料的化學礦物組成，以及煉鐵用鐵溝搗打料對原料的要求，他們設計了把回收的鋁碳質耐火材料用于鐵溝搗打料來部分代替其中的高鋁料的試驗將煉鋼用廢棄滑板磚、座磚、水口、塞棒等回收、破碎后，替代鐵溝料中的高鋁礬土。在實際應用中取得了較為理想的效果，提高了鐵溝料的使用性能，增加了通鐵量，降低了鐵溝料成本，實現煉鋼用含碳耐火材料的回收利用。臺灣中鋼公司目前正在開發(fā)將轉爐廢鎂碳磚用于生產轉爐熱補料、濺渣料；廢鋼包及中間包鋁碳質滑板用作高爐主溝蓋料或鋁碳質澆注料的骨料；在用后耐火材料中添加氧化鋁，制造水泥纖維板防火建筑材料的工作，主要產品包括室內隔板、裝飾壁板等。雖然國內外對耐火材料的回收利用有不少研究及實踐，但是，目前為止，還沒有專門正對廢棄高爐主鐵溝料的回收利用的研究，使廢棄高爐主鐵溝料造成了極大的資源浪費和嚴重的環(huán)境污染。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的就是解決現有技術中的問題，提出一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料及其加工工藝，能夠合理科學地對廢棄高爐主溝料進行回收利用，既可以避免資源浪費，又能夠減少環(huán)境污染。為實現上述目的，本發(fā)明提出了一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料，包括以下組分且各組分質量百分比為再生剛玉骨料20 30% ;棕剛玉40 45% ；SiC :10 15% ;改性納米石墨3 5% ;Si02微粉3 6% ;鋁酸鈣水泥2 5% ; a-Al2O3微粉 5 10% ;防爆纖維0. 02 O. 05% ;金屬硅粉0. 5 I. 5% ;三聚磷酸鈉0. I O. 5%。作為優(yōu)選，各組分質量百分比為再生剛玉骨料25% ;棕剛玉43% ；SiC 12.3%； 改性納米石墨4. 37% ；Si02微粉4% ;鋁酸鈣水泥3. 3% ；a -Al2O3微粉6. 7% ;防爆纖維0. 03% ;金屬硅粉1% ;三聚磷酸鈉0. 3%。作為優(yōu)選，各組分質量百分比為再生剛玉骨料29%;棕剛玉40%;SiC 11. 1%； 改性納米石墨5% ；Si02微粉5. 15% ;鋁酸鈣水泥2% ；a -Al2O3微粉5. 8% ;防爆纖維
O.05% ;金屬硅粉1.4% ;三聚磷酸鈉0. 5%。作為優(yōu)選，各組分質量百分比為再生剛玉骨料21%;棕剛玉45%；SiC :12.6%; 改性納米石墨3. 28% ；Si02微粉5. 3% ;鋁酸鈣水泥3. 3% ；a -Al2O3微粉7.9% ;防爆纖維0. 02% ;金屬硅粉0. 6% ;三聚磷酸鈉0. 1%。作為優(yōu)選，所述改性納米石墨是以納米氧化物包覆石墨粉，經500°C處理后表面包覆的納米氧化物以無定形的方式存在，包覆于石墨粉表面的氧化物與石墨形成C-O-M鍵。為實現上述目的，本發(fā)明還提出了一種采用廢棄高爐主溝料生產主溝料的加工工藝，依次包括以下步驟a)原料分選使用后的廢棄主溝料首先通過分選去除混在廢棄主溝料中的其他品種的耐火材料,并去除附著在廢棄主溝料上的垃圾；b)去除表層渣鐵采用敲除和磁鐵吸除的方式將附著在廢棄主溝料表層的渣鐵類含鐵物清除干凈；c)破碎將去除渣鐵的廢棄主溝料采用鄂式破碎機進行破碎處理，破碎時的進料 尺寸為250mm*400mm，破碎后出料的顆粒規(guī)格為直徑< 8mm ；d)顆粒處理破碎后的顆粒在立式高溫碳管爐內進行高溫加熱還原，顆粒隨爐升 溫至一定溫度后保溫IOmin進行渣鐵分離去除，然后隨爐冷卻；e)強カ磁選處理強力三輥磁選機將滲入廢棄主溝料工作層的渣鐵去除干凈得 到回收原料，強力三輥磁選機中三個輥的磁感應強度分別為3000T、3500T、4500T ；f)篩分處理采用多層振動篩將處理后得到的再生剛玉骨料進行篩分處理，篩分 后的再生剛玉骨料分成1 3mm、3 5mm、5 8mm共三種規(guī)格；g)清洗干燥篩分處理后采用酸洗溶劑對再生剛玉骨料進行清洗，并用高溫設備 將再生剛玉骨料在290 210°C下干燥M小時；h)混料將提取的再生剛玉骨料與棕剛玉、SiC、改性納米石墨、SiO2微粉、鋁酸鈣 水泥、a-Al2O3微粉、防爆纖維、金屬硅粉、三聚磷酸鈉一起混合均勻，各組分的質量百分比 為再生剛玉骨料20 30% ；棕剛玉40 45% ；SiC 10 15% ；改性納米石墨3 5%;Si02微粉3 6%;鋁酸鈣水泥2 5%; a -Al2O3微粉5 10%;防爆纖維0. 02 0. 05% ；金屬硅粉0. 5 1.5% ；三聚磷酸鈉0.1 0. 5% ；i)攪拌出料對h)步驟中混合均勻的物料進行攪拌6 9分鐘，攪拌完成后經檢 驗合格得到主溝料成品。作為優(yōu)選，所述d)步驟中還原反應的溫度為1330 1380°C，內配碳比為1.0 1.3，渣相堿度為2.0 2. 2。作為優(yōu)選，所述g)步驟中酸洗溶劑采用鹽酸、硝酸中的至少ー種。作為優(yōu)選，所述g)步驟中干燥溫度采用200°C。作為優(yōu)選，所述i)步驟中攪拌時間為7.5分鐘。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用先進的エ藝將廢棄高爐主溝料進行回收利用，回 收的再生剛玉骨料采用更科學的配方進行配比后得到新的主溝料，能夠用作同等級的高爐 主溝料，對污染嚴重的エ業(yè)固體廢棄物進行了合理的回收利用，不但避免了資源浪費，減少 了環(huán)境污染，而且，在不降低使用壽命的前提下大大降低了成本。本發(fā)明的特征及優(yōu)點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。

圖1是本發(fā)明ー種采用廢棄高爐主溝料生產主溝料的加工エ藝的流程圖；圖2是本發(fā)明所涉及的天然鱗片石墨經過氧化物納米薄膜包覆的示意圖；圖3是不同納米氧化鋁包覆量的石墨潤濕角與測定時間的關系圖；圖4是pH值對包覆Al(OH)3后石墨表面接觸角的影響；圖5是包覆前測定時間對石墨表面接觸角的影響；圖6是包覆后測定時間對石墨表面接觸角的影響；圖7是石墨改性前在空氣中的TG與DTA曲線；圖8是石墨改性后在空氣中的TG與DTA曲線；圖9是反應初期內配煤團塊渣相組成圖10是反應后期內配煤團塊渣相組成圖。
具體實施方式如圖I所示，一種采用廢棄高爐主溝料生產主溝料的加工工藝，依次包括以下步驟a)原料分選使用后的廢棄主溝料首先通過分選去除混在廢棄主溝料中的其他品種的耐火材料,并去除附著在廢棄主溝料上的垃圾。b)去除表層渣鐵采用敲除和磁鐵吸除的方式將附著在廢棄主溝料表層的渣鐵類含鐵物清除干凈。c)破碎將去除渣鐵的廢棄主溝料采用鄂式破碎機進行破碎處理，破碎時的進料尺寸為250mm*400mm，破碎后出料的顆粒規(guī)格為直徑< 8mm。d)顆粒處理破碎后的顆粒在立式高溫碳管爐內進行高溫加熱還原，顆粒隨爐迅速升溫至一定溫度后保溫IOmin進行渣鐵分離去除，然后隨爐冷卻；還原反應的溫度為 1330 1380°C，內配碳比為I. O I. 3，渣相堿度為2. O 2. 2。e)強力磁選處理強力三輥磁選機將滲入廢棄主溝料工作層的渣鐵去除干凈得到回收原料，強力三輥磁選機中三個輥的磁感應強度分別為3000T、3500T、4500T。f)篩分處理采用多層振動篩將處理后得到的再生剛玉骨料進行篩分處理，篩分后的再生剛玉骨料分成I 3mm(包括Imm和3mm)、3 5mm(不包括3mm,包括5mm)、5 8mm (不包括5mm，包括8mm)共三種規(guī)格；進行具體配料時，這三種規(guī)格的再生剛玉骨料可根據不同的需求，添加不同的量，如果主溝料需要耐高溫較高的，那么可以5 8_的顆粒的量多添加一些，如果主溝料需要耐高溫較低的，那么可以I 3_的顆粒的量多添加一些， 一般情況下，則三種規(guī)格的骨料量相當即可。剩下的細粉料，因低融物相對較多，不能夠利用在主鐵溝澆注料里面，只能夠采用降級處理，即引入到使用溫度只有1200°C左右的粘土質或高鋁質澆注料中，進行了降級回收利用。g)清洗干燥篩分處理后采用酸洗溶劑對再生剛玉骨料進行清洗，并用高溫設備將再生剛玉骨料在290 210°C下干燥24小時；酸洗溶劑一般采用鹽酸、硝酸中的至少一種；干燥溫度最佳200°C。h)混料將提取的再生剛玉骨料與棕剛玉、SiC、改性納米石墨、SiO2微粉、鋁酸鈣水泥、Q-Al2O3微粉、防爆纖維、金屬硅粉、三聚磷酸鈉一起混合均勻，各組分的質量百分比為再生剛玉骨料20 30% ;棕剛玉40 45% ；SiC :10 15% ;改性納米石墨3 5%；Si02微粉3 6%;鋁酸鈣水泥:2 5%; a -Al2O3微粉5 10%;防爆纖維0. 02
O.05% ;金屬硅粉0· 5 I. 5% ;三聚磷酸鈉0· I O. 5% ;i)攪拌出料對h)步驟中混合均勻的物料進行攪拌6 9分鐘，攪拌完成后經檢驗合格得到主溝料成品。上述工藝流程中，對廢棄高爐主鐵溝料去除渣鐵和偽顆粒，回收利用再生骨料和新骨料配比及添加成本的比例，以及使用改性納米石墨替代傳統(tǒng)浙青等均是本領域比較重要的創(chuàng)新之處。該工藝對成本的降低也很明顯，回收再生剛玉骨料成本為1500元/噸，而每噸棕剛玉價格為4500元/噸，以加入25%的再生剛玉骨料為例，每噸可以降低成本750元。使得在保證澆注料合理的前提下，充分考慮經濟效益，大量使用廢棄高爐主鐵溝料對于提高冶金行業(yè)資源利用效率，實現環(huán)保，促進鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大貢獻。配方實施例一主溝料，包括以下組分且各組分質量百分比為再生剛玉骨料25% ;棕剛玉 43% ；SiC 12. 3% ;改性納米石墨:4. 37% ；Si02微粉4% ;鋁酸鈣水泥3. 3% ； a -Al2O3微粉6. 7% ;防爆纖維0. 03% ;金屬硅粉1% ;三聚磷酸鈉0. 3%。該配方為最佳配方，綜合考慮了成本及質量因素。配方實施例二 主溝料，包括以下組分且各組分質量百分比為再生剛玉骨料29% ;棕剛玉 40% ；SiC 11. 1% ;改性納米石墨5% ;Si02 微粉5. 15% ;鋁酸鈣水泥2% ； a -Al2O3 U 粉5. 8% ;防爆纖維0. 05% ;金屬硅粉1. 4% ;三聚磷酸鈉0. 5%。該配方最大程度地降低了成本。配方實施例三主溝料，包括以下組分且各組分質量百分比為再生剛玉骨料21% ;棕剛玉 45% ；SiC 12. 6% ;改性納米石墨:3. 28% ；Si02 微粉5. 3% ;鋁酸鈣水泥3. 3% ； a -Al2O3 微粉7. 9% ;防爆纖維0. 02% ;金屬硅粉0. 6% ;三聚磷酸鈉0. I %。該配方最大程度地保證了質量。本發(fā)明中，使用改性納米氧化物包覆石墨粉，改善了澆注料的分散性，提高了澆注料的流動性，相比使用浙青的澆注料，其更環(huán)保，更節(jié)能，壽命更長。目前常用的碳質結合劑為酚醛樹脂和煤浙青，煤浙青含有大量的芳香烴類輕質組分，在使用過程中對環(huán)境會造成很大的污染，其應用受到很大的限制。因此，開發(fā)低成本、高性能、低污染的結合劑已成為含碳耐火材料研究領域的重點。本項目突破傳統(tǒng)思維，完全舍棄使用浙青作為結合劑，采用改性納米氧化物包覆石墨粉替代傳統(tǒng)浙青，不僅達到了浙青作為結合劑在澆注料中的作用，還解決了浙青在使用過程中污染環(huán)境的問題，具有環(huán)保，節(jié)能,壽命長的優(yōu)勢。碳具有不易被鋼水和熔渣所潤濕以及高的導熱性等特性，加入到以氧化物為主的澆注料中能使其性能得到大大的改善。因此，目前含碳澆注料的研究和開發(fā)已成為耐火材料行業(yè)中的一個熱點。由于水對石墨表面的不潤濕性，使石墨在澆注料中難于分散，影響澆注料的流動性，這已成為妨礙含碳澆注料進一步發(fā)展及應用的首要問題。為對石墨表面進行改性處理，通過各種無機鹽的水解，在天然鱗片石墨表面包覆納米氧化物薄膜。各種氧化物納米薄膜包覆的石墨經500°C處理后，其表面包覆的氧化物均以無定形的方式存在，包覆于石墨表面的氧化物與石墨形成了 C-O-M (M代表金屬兀素)鍵,具有化學吸附的特征，如圖2所示，天然鱗片石墨經過氧化物納米薄膜包覆的示意圖，其中，“——” 表示化學鍵，“〇”代表氧原子，“ · ”代表金屬原子。石墨經納米氧化物包覆后顆粒形狀發(fā)生了變化，其平均粒度增加，表面分形維數增加，比表面積增加。如圖3，沉降實驗是檢驗粉體在液相中分散性好壞的簡單可靠的方法， 圖3中，“▲”表示5 % Al2O3包覆石墨；“ ·”表示10 % Al2O3包覆石墨；“ ■ ”表示30 % Al2O3 包覆石墨。當漿料分散較差時，固體顆粒易團聚成大顆粒，并快速沉降且沉降體積大，而當漿料分散較好時，固體顆粒不易團聚，獨自緩慢沉降，漿料沉降速度慢，沉降體積小。對于石墨疏水性決定了其在水中難于分散，為使其在水中具有良好的分散性，關鍵是改變其與水的潤濕性能。如圖3所示，而改性納米氧化物包覆石墨粉則就是普通的碳原料經過超細化和蹭水性處理后得到的改性原料，所以改性納米氧化物包覆石墨粉具有非常高的熔點和升華溫度，在常壓下溫度即使升高到2000°C以上也不會熔化，也不會揮發(fā)出有毒氣體。包覆機理非均勻成核法的關鍵是控制包覆物質的濃度在非均勻成核所需的臨界值和均勻成核所需的臨界值之間，讓包覆物質晶核在被覆顆粒表面生長。由相變過程熱力學可知，新相在非均相體系的晶體成核與生長過程中，體系表面自由能的增加量小于自身成核(均相成核)體系表面自由能的增加量。因此，分子在異相界面的成核與生長要先于體系中的均相成核，且非均勻成核要比均勻成核形成新相所需過飽和濃度低。通過控制涂層物質的沉淀反應濃度，便可使其形成非均勻成核。在石墨的水懸浮液中，加入可溶性的 Al2 (SO4) 3，用NaOH調節(jié)pH值，使Al2 (SO4) 3水解，當其濃度達某一臨界值時，便在石墨顆粒表面以Al (OH)3沉淀析出并形成包覆層。其反應式如下Al2 (SO4) 3+6Na0H+ (n_3) H2O — Al2O3 · nH20 I +3Na2S04工藝條件的影響當以石墨為基體，以水解產物Al (OH)3作包覆物時，許多工藝因素直接影響到包覆物在石墨表面的成核與生長。研究發(fā)現，對包覆效果影響最大的是PH 值，其次是Al2 (SO4)3濃度等。由圖4可看出，當pH值為4時，石墨的表面改性效果較好。所以，在包覆過程中， 需要控制懸浮液的PH值在4左右。將pH值控制在4左右，其它工藝條件保持不變，只改變 Al2(SO4)3濃度。其試驗結果表明，Al2(SO4)3的濃度在一定范圍內只影響Al (OH)3的成核方式、成核速度及成核均勻性。改性效果改性石墨的潤濕性。接觸角大小是衡量潤濕性優(yōu)劣的最直接的標準。 圖5、圖6分別為石墨被包覆前后與水的潤濕接觸角與測定時間的關系曲線?？梢钥闯?，經改性后的石墨與水的接觸角大大減小，而且隨著測定時間的延長，改性后石墨的接觸角的減小比未改性石墨要明顯得多。改性石墨的抗氧化性圖7、8分別是石墨改性前后在空氣中的TG與DTA曲線?？梢钥闯觯涍^改性的石墨開始氧化的溫度從650°C提高到680°C，提高了 30°C，劇烈氧化溫度從875°C上升到901°C，提高了 26°C。這間接反映了石墨表面吸附有Al (OH) 3，在一定程度上阻礙了氧氣的侵入，從而提高了石墨開始氧化的溫度。同時也說明氧化反應幾乎只在碳材料表面上進行，Al (OH)3包覆石墨后，既封閉了石墨碳網邊緣的活性碳原子，又降低了氧的擴散速率，其結果是提高了石墨的抗氧化性。以上結果說明，石墨表面包覆Al (OH)3，不僅改善了石墨對水的潤濕性，也在一定程度上提高了石墨的抗氧化性，改善效果非常好。本發(fā)明還通過對用后廢棄耐火材料的處理，幾乎去除其中的所有渣鐵和偽顆粒 (或稱假顆粒)，達到再次使用的質量水平。采用普通工藝無法有效的將渣鐵和偽顆粒，特別是偽顆粒無法完全消除。相對渣鐵來說，偽顆粒更加難以除掉，如果不除掉，危害性更加大。如果偽顆粒作為骨料加入到材料當中，當在高溫使用時候，就會融化，在顆粒處形成一個溶洞，這樣鐵水或鐵渣就會順著溶洞進一步往里面侵蝕，直到將耐火材料完全侵蝕沖刷掉。因為目前高爐主鐵溝都是采用儲鐵式或半儲鐵式設計，從而增加了檢測的難度。如果檢測時候稍微疏忽大意，就可能造成鐵水燒穿鋼殼，直至漏鐵水，發(fā)生大事故。因此，如果回收骨料質量不過硬的，只會造成更大的損失，從而得不償失，所我本發(fā)明的工藝需要對用后廢棄耐火材料中的雜質進行有效處理。我們在Wcomet直接還原法基礎上，將鐵精粉、煤粉、消石灰和添加劑預先制成球團(或團塊)，在高溫下迅速加熱還原，在1350°C以上保溫10分鐘后隨爐冷卻，渣相中 2Ca0-SiO2在冷卻過程中發(fā)生相變，體積膨脹而自然粉化，還原實驗在具有快速升溫功能的高溫碳管爐內的進行，通過改變還原溫度、內配碳比、渣相堿度、CaF2加入量等工藝參數，研究它們對渣鐵分離程度、鐵收得率和脫硫率等經濟技術指標影響。設計內配碳比I. 0-1. 3，渣相二元堿度I. 8-2. 2，選用水平3方案CaF2加入量；按上述原則設計的配料方案見表I。表I :配比料表。
權利要求
1.一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料，其特征在于包括以下組分且各組分質量百分比為再生剛玉骨料20 30% ;棕剛玉40 45% ；SiC :10 15% ;改性納米石墨 3 5% ;Si02微粉3 6% ;鋁酸鈣水泥2 5% ; a-Al2O3微粉5 10% ;防爆纖維 O. 02 O. 05% ;金屬硅粉0· 5 L 5% ;三聚磷酸鈉0· I O. 5%。
2.如權利要求I所述的一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料，其特征在于各組分質量百分比為再生剛玉骨料25% ;棕剛玉43% ；SiC 12. 3% ;改性納米石墨4. 37% ； SiO2微粉4% ;鋁酸鈣水泥3. 3% ; Ci-Al2O3微粉6. 7% ;防爆纖維0. 03% ;金屬硅粉: 1% ;三聚磷酸鈉0. 3%。
3.如權利要求I所述的一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料，其特征在于各組分質量百分比為再生剛玉骨料29% ;棕剛玉40% ；SiC 11. 1% ;改性納米石墨5% ；Si02 微粉5. 15% ;鋁酸鈣水泥2% ； a -Al2O3微粉5. 8% ;防爆纖維0. 05% ;金屬硅粉1.4%； 三聚磷酸鈉0. 5%。
4.如權利要求I所述的一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料，其特征在于各組分質量百分比為再生剛玉骨料21% ;棕剛玉45% ；SiC12. 6% ;改性納米石墨3. 28% ； SiO2微粉5. 3% ;鋁酸鈣水泥3. 3% ； a -Al2O3微粉7. 9% ;防爆纖維0. 02% ;金屬硅粉0.6% ;三聚磷酸鈉0. 1%0
5.如權利要求I所述的一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料，其特征在于所述改性納米石墨是以納米氧化物包覆石墨粉，經500°C處理后表面包覆的納米氧化物以無定形的方式存在，包覆于石墨粉表面的氧化物與石墨形成C-O-M鍵。
6.一種采用廢棄高爐主溝料生產主溝料的加工工藝，其特征在于依次包括以下步驟a)原料分選使用后的廢棄主溝料首先通過分選去除混在廢棄主溝料中的其他品種的耐火材料，并去除附著在廢棄主溝料上的垃圾；b)去除表層渣鐵采用敲除和磁鐵吸除的方式將附著在廢棄主溝料表層的渣鐵類含鐵物清除干凈；c)破碎將去除渣鐵的廢棄主溝料采用鄂式破碎機進行破碎處理，破碎時的進料尺寸為250mm*400mm,破碎后出料的顆粒規(guī)格為直徑< 8mm ；d)顆粒處理破碎后的顆粒在立式高溫碳管爐內進行高溫加熱還原，顆粒隨爐升溫至一定溫度后保溫IOmin進行渣鐵分離去除，然后隨爐冷卻；e)強力磁選處理強力三輥磁選機將滲入廢棄主溝料工作層的渣鐵去除干凈得到回收原料，強力三輥磁選機中三個輥的磁感應強度分別為3000T、3500T、4500T ；f)篩分處理采用多層振動篩將處理后得到的再生剛玉骨料進行篩分處理，篩分后的再生剛玉骨料分成I 3mm、3 5mm、5 8mm共三種規(guī)格；g)清洗干燥篩分處理后采用酸洗溶劑對再生剛玉骨料進行清洗，并用高溫設備將再生剛玉骨料在290 210°C下干燥24小時；h)混料將提取的再生剛玉骨料與棕剛玉、SiC、改性納米石墨、SiO2微粉、鋁酸鈣水泥、 a -Al2O3微粉、防爆纖維、金屬硅粉、三聚磷酸鈉一起混合均勻，各組分的質量百分比為再生剛玉骨料20 30% ;棕剛玉40 45% ；SiC :10 15% ;改性納米石墨3 5% ；Si02 微粉3 6% ;鋁酸鈣水泥2 5% ; a -Al2O3微粉5 10% ;防爆纖維0. 02 O. 05% ;金屬硅粉0. 5 I. 5% ;三聚磷酸鈉0. I O. 5% ;i)攪拌出料對h)步驟中混合均勻的物料進行攪拌6 9分鐘，攪拌完成后經檢驗合格得到主溝料成品。
7.如權利要求6所述的一種采用廢棄高爐主溝料生產主溝料的加工工藝，其特征在于所述d)步驟中還原反應的溫度為1330 1380°C，內配碳比為I. O I. 3，渣相堿度為2.O 2. 2。
8.如權利要求6所述的一種采用廢棄高爐主溝料生產主溝料的加工工藝，其特征在于所述g)步驟中酸洗溶劑采用鹽酸、硝酸中的至少一種。
9.如權利要求6所述的一種采用廢棄高爐主溝料生產主溝料的加工工藝，其特征在于所述g)步驟中干燥溫度采用200°C。
10.如權利要求6 9中任一項所述的一種采用廢棄高爐主溝料生產主溝料的加工工藝，其特征在于所述i)步驟中攪拌時間為7. 5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用廢棄高爐主溝料生產的主溝料及其加工工藝，依次包括a)原料分選、b)去除表層渣鐵、c)破碎、d)顆粒處理、e)強力磁選處理、f)篩分處理、g)清洗干燥、h)混料和i)攪拌出料等步驟，混料配方為再生剛玉骨料20～30％；棕剛玉40～45％；SiC10～15％；改性納米石墨3～5％；SiO2微粉3～6％；鋁酸鈣水泥2～5％；α-Al2O3微粉5～10％；防爆纖維0.02～0.05％；金屬硅粉0.5～1.5％；三聚磷酸鈉0.1～0.5％；本發(fā)明采用先進的工藝將廢棄高爐主溝料進行回收利用，回收的再生剛玉骨料采用更科學的配方進行配比后得到新的主溝料，不但避免了資源浪費，減少了環(huán)境污染，而且，在不降低使用壽命的前提下大大降低了成本。
文檔編號C04B35/66GK102603324SQ20121006973
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權日2012年3月16日
發(fā)明者佘成其, 馬少杰 申請人:長興云峰爐料有限公司