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耐火材料原材料——白云石

发表时间:2022-07-19 访问量:11884

      白云石是一种重要的钙镁资源,广泛用于冶金、镁、耐火材料、建材、化工、农业、环保等领域中。其中在冶金业工业,白云石矿作为冶金辅料,消耗量较大,每炼1t钢大约需要80100kg白云石矿;在镁工业,目前白云石是我国冶炼金属镁的主要原料,大约1t金属镁需要10t左右的白云石矿;在耐火材料工业,白云石是仅次于菱镁矿的碱性耐火原料。

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白云石在耐火材料工业的应用

1、白云石系耐火材料

      白云石是仅次于菱镁矿的第二大碱性耐火原料,主要用来制备白云石质耐火材料。我国冶金行业规定耐火材料行业用白云石的化学组成如表1所示。白云石矿首先经煅烧(或者电熔)得到镁钙原料(如白云石砂/镁白云石砂、镁钙砂、镁钙铁砂),然后制备成各种白云石系耐火材料。白云石系耐火材料除了具有耐火度高,抗渣侵蚀性、抗热震性好等优点外,CaO可以吸附钢水中的S、P以及Al2O3、SiO2等非金属夹杂物,还具有净化钢水的作用,因此广泛用于不锈钢精炼炉中;另外由于白云石砖内含有大量的游离CaO,极易与水泥窑料中的C2S反应生成C3S,生成稳定的窑皮,因此适合使用在水泥回转窑烧成带上。

      利用天然白云石矿直接煅烧得到的熟料,也称白云石砂(或镁白云石砂)。这种纯白云石砂抗水化性不好,在我国产量不大。在国内由天然白云石矿煅烧后的白云石砂,w(CaO)在55%左右,一般不直接用来生产砖,而是用白云石砂作为骨料,用镁砂细粉作为基质,生产镁白云石砖。使用量更大的是以白云石矿、菱镁矿等为原料经煅烧合成的合成镁钙砂(或者镁白云石砂)。

      经过研究和实践证实,MgO为70%80%(w)的合成镁钙砂效果更好,因此,目前,我国生产和使用量更大的合成镁钙砂是w(CaO)在20%左右的二步煅烧合成镁钙砂,具有良好的抗水化和抗侵蚀性能。其次是w(CaO)≥30%的二步煅烧合成镁钙砂。另外,将破碎后的白云石矿和菱镁矿,以及铁粉(如果MgO或CaO原料中Fe2O3含量足够高则不加)按一定比例(烧结后满足产品的化学矿物组成即可)细磨后成型,经高温煅烧可以得到镁钙铁砂。镁钙铁砂主要用来制备电炉炉底用镁钙铁质干式捣打料。镁钙砂合成方法有一步法、二步法、电熔法,其中二步法是我国目前常用的方法。

白云石砂

      目前主要利用白云石砂或合成镁钙砂可以制备成白云石砖、加锆的白云石砖、镁钙砖、不烧镁钙(碳)砖以及镁质不定形耐火材料,可用于不锈钢精炼炉如AOD炉、VOD炉及其他精炼炉中和水泥窑烧成带上。

(1)白云石砖

      白云石砖是由天然白云石煅烧而成的白云石砂制成的。白云石砖中w(CaO)≥40%、w(MgO)≥35%,还含有少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3等杂质。若砖中的CaO、MgO质量比小于1.39,则称为镁质白云石砖。为了提高抗热震性,开发出了ZrO2+白云石砖和ZrO2+镁白云石砖。白云石砖主要用于不锈钢精炼炉(如AOD、VOD炉等)和水泥窑烧成带中。比如在AOD炉衬上,目前德国用烧成白云石砖,欧洲其他一些用纯白云石砖,日本用镁白云石砖。另外白云石砖是欧美水泥窑烧成带应用最普遍的耐火材料,其中美国有86%的水泥窑烧成带使用该产品。但由于白云石砖在运输、贮存和停窑期间易吸潮发生水化,且抗热震性能差,一般在年运转率达到80%以上的窑上使用,我国只有少数厂家在水泥回转窑上使用进口的白云石砖。

(2)镁钙砖

      镁钙砖包括两种:一种是以合成镁钙砂为主要原料生产的镁钙砖;另一种是以白云石砂(或镁白云石砂)和镁砂为主要原料生产的镁钙砖,也称镁白云石砖。目前,w(CaO)为20%的烧成镁钙砖/镁白云石砖是我国产量和用量更大的合成镁钙耐火制品,它主要用作不锈钢精炼炉(AOD炉、VOD炉等)的炉衬材料,替代对环境和人体危害极大的镁铬砖,而且使用效果良好。如太原钢铁公司不锈钢冶炼用AOD炉炉衬全部长期使用烧成镁钙砖,平均炉龄163炉,更高为189炉。我国烧成镁钙砖已成不锈钢行业的主要耐火材料。另外我国还生产一定量的w(CaO≥30%的烧成镁钙砖/镁白云石砖。

(3)不烧镁钙(碳)砖

      以不同粒度的烧结白云石砂、镁砂和/或石墨为主要原料,不经烧成而能直接使用的耐火材料,具有节能、热震稳定性良好,生产工艺简便,同时具有良好的抗渣性。目前,我国生产的不烧镁钙(碳)砖,其w(CaO)在10%30%,属于中低钙的镁钙制品,主要用于精炼炉如LF—VD或者LF、VOD的炉底与熔池部位,GOR炉底部位,效果良好。但现在我国的不烧镁钙(碳)砖还没有被大量的推广应用,其原因一是价格较高;二是使用性能还有待提高。

(4)镁钙系不定形耐火材料

      利用白云石还制备成各种镁钙不定形耐火材料如电炉炉底捣打料、中间包涂抹料、钢包喷补料、转炉喷补料、RH炉喷补料、自流热补料等不定形耐火材料。其中使用量更大是电炉炉底用镁钙铁质干式捣打料,其采用含铁的镁白云石质合成砂(镁钙铁砂)为原料制备的而成,使用效果良好,如上海宝钢150tUHP电炉炉底寿命达到1087次;舞阳钢铁公司90tUHP电炉炉底寿命也在1500次以上。目前我国鼓励发展电炉炼钢,UHP电炉数量的不断增加,各种干式炉底捣打料需求量也将不断增大。另外利用白云石开发出的喷补料用于转炉、电炉、钢包渣线、RH插入管等部位的修补,效果良好,目前的应用量也在逐渐扩大;利用白云石为主要还可以生产中间包涂抹料、干式料,性能优良。

白云石砂

2、新型耐火材料

      目前白云石在耐火材料中主要用于合成镁钙系耐火材料,为了扩大白云石资源在耐火材料中的应用,有研究利用天然白云石矿合成含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥。含微晶镁铝尖晶石的铝酸钙水泥(CMA)是一种新型的耐火材料用结合剂,其CaO含量降低并且含有镁铝尖晶石,与普通铝酸盐水泥相比,具有更为优异的高温体积稳定性、抗热震性和抗渣侵蚀等性能。

      西安建筑科技大学的研究人员以白云石和工业三氧化二铝为原料,烧结合成出含镁铝尖晶石的铝酸钙水泥,这种水泥的结合强度高,武汉科技大学的研究人员以粒径为550μm的天然白云石和粒径为544μm的工业氧化铝(纯度295.0%)为原料,将二者按一定比例配料,经过球磨、烧结和破碎工艺,即可得到含纳米镁铝尖晶石(粒径仅为50500nm)的铝酸盐水泥。由于天然白云石资源丰富,成本较低,采用该制备方法制备含纳米镁铝尖晶石的铝酸盐水泥的成本较低,适合于工业化生产。还有研究者利用天然白云石矿与不同铝源合成铝酸钙-镁铝尖晶石轻质耐火材料、抗水泥熟料侵蚀的二铝酸钙-镁铝尖晶石复相材料等,取得不错进展。


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