上次我們發(fā)了關(guān)于使用廢舊耐火材料并不是偷工減料的文章，引起了很多耐材客戶的關(guān)注。后臺(tái)收到很多關(guān)于這方面的留言，有些是質(zhì)疑的，有些則是詢問(wèn)到用量的，有些是關(guān)于回收料在二次使用過(guò)程中產(chǎn)生新物質(zhì)的問(wèn)題。今天這篇文章是甘肅酒鋼科力耐材在關(guān)于回收的鎂碳質(zhì)耐火材料在二次高溫使用過(guò)程中產(chǎn)品的一些物理和化學(xué)性能發(fā)生變化，針對(duì)這些問(wèn)題哪些方法可以解決再生鎂碳質(zhì)產(chǎn)品的粉化和開(kāi)裂等。

摘要：

傳統(tǒng)耐火材料服務(wù)模式中，使用后的耐火材料作為廢棄物由鋼廠進(jìn)行堆積或填埋處理，大多沒(méi)有回收利用，這造成了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等多方面的社會(huì)問(wèn)題。系統(tǒng)性研究耐火材料循環(huán)再利用技術(shù)，是耐材生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)與高溫工業(yè)互動(dòng)發(fā)展的需要?；厥真V碳質(zhì)耐火材料在高溫使用過(guò)程中金屬鋁粉、硅粉易與碳反應(yīng)生成Al4C3、SiC，體積也增大了1.65倍，并且由于回收料中存在著一定量致密度較小的假顆粒，使產(chǎn)品的顯氣孔率增大、體積密度減小，所以其常溫耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度有所降低。對(duì)于回收鎂碳質(zhì)耐火材料的再利用，主要通過(guò)加熱水浴方法，將回收加工的鎂碳質(zhì)顆粒進(jìn)行水化處理，預(yù)先把碳化鋁除去，這樣就解決了再生鎂碳質(zhì)產(chǎn)品的粉化和開(kāi)裂;另一方面碳化鋁經(jīng)過(guò)一系列的變化會(huì)形成氧化鋁,進(jìn)而再生成鎂鋁尖晶石，對(duì)提高鎂質(zhì)產(chǎn)品的抗侵蝕性有好處。

隨著近十幾年國(guó)內(nèi)鋼鐵冶金、有色金屬等高溫行業(yè)不斷發(fā)展和國(guó)家環(huán)保政策的影響，綠色環(huán)保越來(lái)越受重視。因此加快用后耐材回收利用，擴(kuò)大資源綜合利用，研究系統(tǒng)化循環(huán)新技術(shù)等措施的開(kāi)展，不斷發(fā)展循環(huán)產(chǎn)業(yè)和環(huán)保綠色耐材，符合行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。國(guó)外許多國(guó)家都非常重視廢舊耐火材料的循環(huán)利用，擁有系統(tǒng)的耐火材料循環(huán)再利用科研團(tuán)隊(duì)，并制定了法令法規(guī)嚴(yán)格限制廢舊耐火材料的排放量，極大地促進(jìn)了廢舊耐火材料的循環(huán)利用，其中發(fā)達(dá)國(guó)家的循環(huán)利用率已達(dá)60%以上，目前我國(guó)對(duì)耐火材料循環(huán)利用技術(shù)的研究與應(yīng)用才剛剛起步。近兩年來(lái)由于國(guó)家環(huán)保政策的影響，回收再利用技術(shù)不斷發(fā)展，使用范圍和品種不斷增加。回收利用這些鎂碳質(zhì)耐火材料作為骨料和顆粒使用，不需高溫煅燒或燒結(jié)，可節(jié)約能源有效降低原料成本和處置成本。

技術(shù)原理

回收鎂碳質(zhì)耐火材料生產(chǎn)鎂碳質(zhì)產(chǎn)品主要粒級(jí)按照安德森粒級(jí)配比設(shè)定顆粒級(jí)配，采用鎂碳質(zhì)回收顆粒料、96電熔鎂砂、95鱗片石墨，添加碳化硼(金屬鋁粉、硅粉)為防氧化劑，采用熱塑性酚醛樹(shù)脂、烏洛托品為結(jié)合劑，制備出再生鎂碳質(zhì)產(chǎn)品，同時(shí)在再生鎂碳質(zhì)產(chǎn)品中引入不同粒度的回收鎂碳質(zhì)耐火材料后均不同程度地降低了材料的致密度、常溫耐壓強(qiáng)度、高溫抗折強(qiáng)度和抗渣侵蝕性，這主要是由于引入≤0.088mm回收料中的灰分對(duì)其各項(xiàng)性能的影響，相比較顆粒粒級(jí)越大對(duì)其影響越小，其中3～5mm的回收料對(duì)鎂碳質(zhì)產(chǎn)品致密度影響最小，引入1～3mm的回收料對(duì)鎂碳質(zhì)產(chǎn)品常溫耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度影響最小，根據(jù)以上情況，綜合產(chǎn)品性能，應(yīng)選擇合理的1～3mm、3～5mm加入量，杜絕1mm以下回收料的加入。

水化去除碳化鋁經(jīng)過(guò)一系列的變化會(huì)形成氧化鋁，進(jìn)而再生成鎂鋁尖晶石，對(duì)提高產(chǎn)品的抗侵蝕性有好處。對(duì)于添加物硅粉，高溫時(shí)生成的SiC，仍可以作為抗氧化劑而提高再生鎂碳質(zhì)產(chǎn)品的抗氧化性，因此不必除去。對(duì)于碳化硼，它是非常好的抗氧化劑，在用后鎂碳質(zhì)產(chǎn)品里仍然保持原狀，留在再生鎂碳質(zhì)產(chǎn)品內(nèi)仍能發(fā)揮良好的抗氧化作用。而在用后鎂碳質(zhì)產(chǎn)品的脫碳層里，碳化硼會(huì)轉(zhuǎn)化成氧化硼，高溫下它會(huì)與氧化鎂反應(yīng)生成低熔物。因此對(duì)于含有碳化硼的鎂碳質(zhì)產(chǎn)品，在再生前應(yīng)將其脫碳燒結(jié)層去除。

存在的問(wèn)題

2.1假顆粒問(wèn)題

由于回收料中存在著一定量致密度較小的假顆粒，同時(shí)回收料中含有數(shù)量較多且粒度小的殘?zhí)?，而這些殘?zhí)紩?huì)使物料不容易被樹(shù)脂潤(rùn)濕，且不容易混勻，因此使試樣的顯氣孔率增大、體積密度減小。此外，由于假顆粒的強(qiáng)度較低會(huì)導(dǎo)致隨著回收料加入量的增加，試樣的常溫耐壓強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度有所降低。

2.2水化問(wèn)題

回收鎂碳質(zhì)耐火材料主要原料有鎂砂、石墨，外加樹(shù)脂結(jié)合劑和金屬鋁粉、硅粉等抗氧化劑，經(jīng)高壓壓制成型的耐火制品。但鎂(鋁)碳在高溫使用過(guò)程中金屬鋁粉、硅粉易與碳反應(yīng)生成Al4C3、SiC，其中回收后鎂碳質(zhì)產(chǎn)品中Al4C3在高溫下會(huì)與結(jié)合劑產(chǎn)生的水發(fā)生反應(yīng)：Al4C3+12H2O=4Al(OH)3+3CH4↑，該反應(yīng)產(chǎn)生CH4氣體，同時(shí)反應(yīng)生成的固體體積也增大了1.65倍，因此必須去除其中的Al4C3成分。

2.3加入量的影響

回收料中存在假顆粒致密度較小，此外回收料中含有數(shù)量多且粒度小的殘?zhí)迹刮锪喜蝗菀妆粯?shù)脂潤(rùn)濕、不容易混勻，混料量越多，物料越難混勻，成型致密度越小。隨著混料量的增大，試樣的體積密度減少，但其氣孔率未見(jiàn)有明顯變化。常溫強(qiáng)度下降主要與回收料中假顆粒造成密度下降有關(guān)，高溫主要與回收料中存在一定量的雜質(zhì)有關(guān)。回收料中碳化鋁含量未處理完全，導(dǎo)致磚坯內(nèi)部氣孔增多、強(qiáng)度降低。隨著回收料加入量的增加，試驗(yàn)的顯氣孔率增大，體積密度減小。

3.1消除假顆粒

對(duì)回收后的鎂碳質(zhì)耐火材料進(jìn)行回收利用，在經(jīng)過(guò)揀選、除鐵渣、破碎、篩分等工藝后，回收顆粒中存在大量骨料與基質(zhì)共存的假顆粒，假顆粒的體積密度低、氣孔和裂紋等缺陷多，再利用時(shí)會(huì)明顯降低再生制品的體積密度，成型時(shí)易出現(xiàn)二次破碎、影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此為確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，必須去除假顆粒。

通過(guò)對(duì)輪碾機(jī)改造，最大限度消除假顆粒，設(shè)備改造主要滿足以下幾點(diǎn)：(1)選擇合理的輪碾機(jī)，碾輪與物料、物料與底板必須保證一定摩擦力，防止輪碾過(guò)程中物料堆積;(2)通過(guò)調(diào)整輪碾與底板間距，在去除顆粒表面附著物及假顆粒時(shí)，不造成對(duì)回收骨料的破壞;(3)輪碾機(jī)的處理時(shí)間不易過(guò)程，過(guò)長(zhǎng)容易導(dǎo)致顆粒二次粉碎，因此應(yīng)選擇合理的輪碾時(shí)間;(4)處理后的鎂碳質(zhì)顆粒需二級(jí)篩分去除篩下粉料;輪碾機(jī)的處理時(shí)間短、效率高，但不能有效去除假顆粒，輪碾時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成顆粒料的體積密度隨碾壓時(shí)間的增加變化不明顯。且易導(dǎo)致顆粒料二次粉碎，因此根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，鎂碳顆粒料碾壓處理的最佳時(shí)間是6-8min。

3.2水化處理方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際情況，制作專門加熱裝置，通過(guò)水浴加熱方法，將回收加工的鎂碳質(zhì)顆粒進(jìn)行水化處理，預(yù)先把碳化鋁除去，這樣就解決了再生鎂碳質(zhì)耐火材料的粉化和開(kāi)裂。經(jīng)水化烘干處理后的鎂碳質(zhì)顆粒MgO含量可達(dá)到76%，與水化烘干處理前相比MgO含量提高4%左右。

處理前后顆粒對(duì)比分析

4.1顆粒外觀對(duì)比

通過(guò)輪碾和水化加工處理后，得到合格的鎂碳質(zhì)顆粒，回收鎂碳質(zhì)顆粒凈化前后對(duì)比見(jiàn)圖3。處理后顆粒外觀表面假顆粒明顯減少，顆粒圓度好，粒級(jí)分布較為均勻。

4.2顆粒指標(biāo)對(duì)比

回收鎂碳質(zhì)相關(guān)產(chǎn)品的應(yīng)用

5.1產(chǎn)品方案確定

由于再生鎂碳質(zhì)顆粒與正常鎂砂相比體密有差異，為確保產(chǎn)品的致密度，根據(jù)安德生顆粒級(jí)配要求，共設(shè)定三組配比系數(shù)對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，考慮到回收鎂碳質(zhì)顆粒中引入5%～6%的石墨，因此鎂碳質(zhì)產(chǎn)品中石墨的含量按照6%～7%添加，回收鎂碳質(zhì)顆粒加入量設(shè)定30%、40%、50%三個(gè)加入量。

可以看出回收鎂碳質(zhì)耐火產(chǎn)品中的方案2、方案3、方案4、方案5、方案6各項(xiàng)指標(biāo)均滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.2產(chǎn)品工業(yè)使用情況

通過(guò)試驗(yàn)指標(biāo)分析確定方案2、方案5體密及氣孔率等主要指標(biāo)良好，綜合考慮后，選取方案5進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)并組織工業(yè)使用。采用回收的鎂碳質(zhì)耐火材料共計(jì)生產(chǎn)鎂碳質(zhì)產(chǎn)品305t，使用回收鎂碳質(zhì)顆粒154t，在某鋼廠鋼包使用的平均指標(biāo)為126.2爐，爐均侵蝕1.6mm，使用效果良好，與行業(yè)同類產(chǎn)品指標(biāo)相當(dāng)。