添加剂及杂质对炼镍转炉镁铬砖性能的影响

第38卷第6期西安建筑科技大学学报(自然科学版)Vol. 38 No. 62006年12月J. Xi'an Univ. of Arch. & Tech. (Natural Science Edition)Dec. 2006添加剂及杂质对炼镍转炉镁铬砖性能的影响杨丁熬,袁守谦' ,郑建英”,李勤2(1.西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055;2. 三门峡职业技术学院,河南三门峡472000)摘要:探讨了添加剂A.B及杂质对镁铬砖高温强度、抗热震性及抗炼镍转炉渣侵蚀等性能的影响。结果表明:含杂质低的共烧结镁铬砖比一般镁铬砖及一般电熔再结合镁铬砖的抗炼镍转炉炉渣浸蚀性能好;含5%添加剂A的共烧结镁铬砖,其高温抗折强度可达13.2MPa而未添加添加剂A的共烧结镁铬砖强度仅5.6MPa.添加5%添加剂A及CaO和SiO2杂质低的共烧结料制的镁铬风口砖适合于炼镍转炉风口区使用.关键词:添加剂;杂质;镁铬砖;性能;炼镍转炉中圈分类号:TQ175. 71+6文献标识码:A文章编号:1006 7930( 2006)06-0888-05有关炼镍转炉用耐火材料的研究国内外报导甚少,炼镍转炉与炼铜转炉,在结构、风口安排、吹炼、冶炼温度、炉渣成分。上相近[1-2].在炼铜转炉内,国内外曾试验过镁炭砖、镁白云石炭砖、铝碳砖,但使用效果都不好,在炼铜转炉风口区,使用效果最好的镁铬材质为高纯共烧结镁铬料制成的共烧结镁铬砖57]。炼镍转炉风口区耐火材料的损毁最为严重,其使用寿命仅为其它部位的三分之一,主要是热机槭冲击以及炉渣浸蚀和渗透的综合结果.随着冶炼技术的进步,普通镁铬砖已不能满足使用要求,需要寻求优质高效的耐火材料来替代8.基于以上分析,从以下两方面来改善镁铬砖的使用性能:①引人部分添加剂提高镁铬砖高温强度、抗热震性性能;②降低杂质含量,提高镁铬砖抗炼镍转炉渣浸蚀性能.1镁铬砖制备与试验方法1.1熟料与镁 铬砖的制备各种原料的化学成分见表1.共烧结镁铬熟料所用原料的配比见表2.表1共烧结镆铬所用各种原料的化学组成/%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,经细磨、混表2共烧结镆铬熟料所用原料的配比匀、压成生坯，成型压力为150MPa,Tab.2 Proportion of raw materials in the bricks %然后于1 750C下烧成,得到熟料编Noof Calcined ChromeIndustrial Additive Additive号为0.1.2.3.4的共烧结熟料。由这.linker magnesite concentratealumina598些共烧结熟料再分别制得编号为共3:2. 5烧结镁铬砖0*.1*、2* .3* .4*.33504所有砖的颗粒配比均为粗颗粒:60_4中颗粒:细粉=5; 1 : 4.结合剂为纸浆废液,成型压力为150 MPa在1750C中国煤化工MYHCNMHG收稿日期:2005-06-21蔷金项目:西安建筑科技大学重大科技创新基金资助项目(ZX0502)作者简介:杨丁熬(1961-).男.河南陕县人,副教授,博士研究生.主要从事耐火材料的研究.第6期杨丁熬等:添加剂及杂质对炼镍转炉镁铬砖性能的影响889下烧成.此外,用中档镁砂58% ,电熔镁铬砂23%、铬矿19%为原料,细粉中分别加人添加剂A为0%和2.5% ,按上面制砖工艺制得- -般镁铬砖5*和一般镁铬砖6#.用电熔镁铬料制得了一般电熔再结合镁铬砖7#.各砖的化学成分见表3.表3各镆铬砖的化学成分和添加剂/%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试验方法镁铬砖的体积密度、常温抗折强度高温抗折强度及抗热震性均是三个砖测试结果的平均值,其中抗热震性是以1100C水冷,循环至开始碎裂的次数表示.抗渣试验用炼镍转炉渣的化学成分:SiO234.74%, Al2O3 1. 09% ,Fe2O3 6. 07% ,FeO 49. 98% ,CaO 0. 78% ,MgO 1. 85%.所用坩埚尺寸(mm)为:φ50X50,中孔为@m25X25.各种镁铬坩埚分别装人18g炼镍转炉渣后,放人已装有SiC垫砂的SiC套管中,两端用SiC板封闭,以保证试验时每种坩埚砖温度相同.升温至1 500C保温4 h,然后自然冷却至室温,再各装入14g炼镍转炉渣,放入电炉内,再升温至1 500"C,保温4 h.冷却后,用金刚石刀片将砖从中心切开,测量中孔切面半径的1/2处的残渣高度ha和h2.按公式h=1/2 (h; +h2 )计算残渣高h.以残渣高度多少来表示砖的抗炉渣渗透性与浸蚀性。之所以用这种表示法，是因为试验后,所有各种砖的坩埚中孔尺寸变化甚微,而残渣剩余量却大不相同,因此抗转炉渣侵蚀大小以残渣量来表示.2试验结果与分析2.1添加剂A对共烧结镁铬料及砖的性能与显微结构的影响由铬精矿与轻烧菱镁矿制得的共烧结料0、1与2.破碎成颗粒后的显气孔率.体积密度与添加剂A含量的关系如图1所示，其共烧结料随着添加剂A含量的增加,其气孔率下降,体积密度提高，这说明加人添加剂A对烧结有利.表4列出各种镁铬砖的物理性能.图2与图3示出了砖0# .1#.2#的显气孔率、体积密度、常温抗折强度、1400C高温抗折强度与添加剂A含量的关系.表4备种镁铬砖的物理性能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从表4还可以看出,加入A大于2.5%可以使共烧结镁中国煤化工高到5次.由图2.3可见,随着添加剂A含量的增加,其砖的显气孔率减:MYHCNMHG温抗折强度均增高,尤其1400C高温抗折强度提高最为显著.含5%添加剂A的镁铬风口砖,其高温抗折强度达到13.2 MPa是未添加A砖强度5.6 MPa提高2.4倍.890西安建筑科技大学学报(自然科学版)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/%围1添加剂A含量与共烧结料0#、1#、2#图2添加剂A含量与砖0*、1#、2#颗粒的颗粒的气孔率及体积密度的关系气孔率及体积密度的关系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如图4所示,(A)为未加添加剂A的共烧结20 t镁铬砖0#断口的SEM图,(B)、(C)均为添加5%添加剂A的共烧结镁铬砖2#断口SEM照片.由图4可见,添加添加剂A与未加添加剂A的共烧结镁铬砖在结构上有明显差别.从断面.◆t12SEM观察比较,添加有添加剂A的共烧结镁铬砖其内部有大量的微细裂纹存在，由于这些微- 1 - Cold modulus ofrupture细裂纹的存在,可能促使主裂纹扩展的能量降g4◆Hot modulus of rupture at 1400C低,从而增强了砖的抗热震性。未添加添加剂A的共烧结镁铬砖其颗粒结合不紧密,未形成颖粒50穿晶断裂,添加5%添加剂A的共烧结镁铬砖其断口颗粒为穿晶断裂,可能由此增强了高温结合困3添加剂A含量与砖0# 、1#、2*常温及高溫强度和材料韧性,从而显著提高了砖的高温强度抗折强度的关系.与抗热震性能.Fig.3 Relationship between the weight percentage of2.2不同镁铬砖的抗渣性能.aditive A and the hot modulus of rupture & cold炼镍转炉中镍及其化合物流动性能好,但并modulus of rupture of bricks0* ,1# ,2*未发现对镁铬砖发生重大的影响和危害[°].而炼镍时所形成的FeO-SiO2渣却对耐火材料的损毁有着显著影响.因此，我们对不同镁铬砖进行了抗炼镍转炉渣的浸蚀试验，试验方法见前面1.2试验方法，渣蚀试验后,各种镁铬砖的残渣高度如表5所示.结果可见，由共烧结料制作的0*-4*共烧结镁铬砖的抗渣性明显优于一般镁铬砖和一般电熔再结合镁铬砖。添加有5%添加剂A的共烧结镁铬砖2#优于没有添加添加剂A的共烧结镁铬砖0*.添加有5%添加剂B的共烧结镁铬砖4*也优于没有添加添加剂B的共烧结镁铬砖3*.此外,CaO、SiO2 杂质含量较低的共烧结镁铬砖0*优于杂质含量高的共烧结镁中国煤化工4的共烧结镁铬砖2#的残渣高度16 mm,而普通镁铬砖残渣高度仅5到7n|YCNMHG的共烧结镁铬砖2"抗渣性最好.第6期杨丁熬等:添加剂及杂质对炼镍转炉镁铬砖性能的影响89120um20um1图4试样断口SEM照片Fig. 4 Photographs of broken surfaces of the specimens2.3镁铬风口砖的使用根据试验结果，制做下列风口砖用于工业实验:表5各种镁铬砖的残渣高 度(1)选择一般镁铬砖6#制做工艺,制成了G-MCr风口Tab.5 Width of slag residual of Magnesia chromite bricks砖;(2)添加5 %添加剂A的共烧结镁铬砖2#制做的No of bricks0123.4567镁铬砖C-MCr-2 风口砖;(3)用新疆铬矿生产的高_SlagWidth/mm1513161215567Cr2Os电熔料制做了再结合E-MCr-8与E-MCr-9风表6镁铬砖的理化性能口砖. E-MCr-9加人了5%添加剂B,几Tab. 6 Physical & chemical properties of magnesia chromite bricks种砖的性能示于表6.用这几种镁铬风No of brick口试验砖砌在50t炼镍转炉风口区,并GMCr E-MCr-8 E-MCr-9 C-MCr2与常用的普通镁铬风口砖进行了比较，MgO/%73.9 38. 2038. 2047. 30试验表明G-MCr优于周围普通镁铬风Cr20/%12. 4030.30 30. 3018. 30Al2O3/%3. 5711.10 11.10 13. 90口砖,但不太明显，使用27炉后E-SiO2/%2.52。5.90 5.90 1. 70MCr8风口砖与普通镁铬风口砖相似，Fe2O3/%3. 4810.10 10.10 7. 60已无残存砖,但E-MCr-9却残存50 mmCaO 1%1.251.201.20.0.86Apparent porosity 1%1120厚.说明E-MCr-9优于E-MCr-8.特别Bulk density /g. cm~33.13.383.443.4是杂质含量低并添加5%添加剂A的共Cold strength of crushing/ MPa327910540烧结镁铬砖制做的C-MCr-2镁铬风口Cold modulus of rupture/ MPa 6.715.913.3Hot modulus of rupture砖质量明显优于普通镁铬风口砖,使用at 1400C /MPa11. 7027炉后较周围普通镁铬风口砖凸出约130mm.使用试验表明,添加5%添加剂A及CaO和SiO2杂质低的共烧结料制的镁铬风口砖适合于炼镍转炉风口区使用.3结论(1)共烧结镁铬砖加人添加剂A大于2. 5%可以使抗热震性次数从2次提高到5次.(2)加人5%添加剂A的共烧结镁铬砖的残渣高度16 mm,而普通镁铬砖残渣高度仅5-7 mm,以添加有5%添加剂A的共烧结镁铬砖抗渣性最好.(3)添加5%添加剂A的共烧结镁铬砖,其高温抗折强度达到13.2MPa而未添加添加剂A砖强度5.6 MPa,其强度提高2.36倍.(4)添加5%添加剂A及CaO和SiO2杂质低的共烧结料中国煤化]二东镍转炉风口区使用。TYHCNMHG参考文献References[1] 唐尊球.铜PS转炉与闪速吹炼技术比较[J].有色金属，2003(1); 9-11.892西安建筑科技大学学报(自然科学版)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,徐伟年,宋 飞. φ4mX 10. 7mPS炼铜转炉的加长改造[J]. 矿冶，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,黄泽辉,石 杰有色金属强化冶炼用优质镁铬耐火材料的开发[J]. 有色设备,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]陈肇友. 有色金属冶炼炉用耐火材料及其发展[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]蒋明学,李勇.陈肇友耐火材料论文选[M].北京:冶金工业出版社,1998.JIANG Ming xue,LI Yong. Papers on refractories authored by Chen Zhao you[ M]. Beijing: Metallurgical IndustryPress, 1998.[7] 李新,窦叔菊. TiO;对镁铬砖抗渣蚀性的影响[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]郑德胜,王玲娜 ,王建武.炼铜转炉用优质镁铬砖的研制[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,马文鹏. 炼铜转炉用镁铬砖损毁机理的探讨[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(编辑 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中国煤化工: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