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役后镁碳砖在镁质浇注料中的应用研究

2013-06-08 10:10:57 来源:毕业文库网 浏览:52
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题目:役后镁碳砖在镁质浇注料中的应用研究
              
题目来源背景
1.1立题背景
   耐火材料作为工业高温窑炉的基础材料,其广泛应用为实现相关行业新技术进步和推动国民经济的发展发挥出了巨大的作用。自2000年以来,随着钢铁、建材和有色金属等高温工业高速成长,我国耐火材料行业取得了快速发展。2003年中国耐火材料产量为1477万吨,2006年达到3243万吨,2007年已超过世界产量的50%。在全球金融危机的冲击下,2008年中国耐火材料产量大幅下滑;2009年略有回升,产量达到2544万吨,同比增长3%。耐火材料的大量消耗,势必会产生大量役后工业废弃物;按耐火材料的实际使用量为生产量的50%且剩余的役后耐火材料量为使用前的20%计算,我国年废弃耐火材料可达300~400万吨之多。这不仅导致资源的浪费,同时带来环境的污染。
   役后废弃耐火材料的危害性,主要表现在四个方面:①占用空地;②污染环境;③危害健康;④资源浪费。面对数量巨大的废弃耐火材料,目前除了大量填埋和堆积外尚无更好的解决方法;对役后耐火材料,仅做简单的抛弃处理,实为宝贵原料资源的浪费。废弃耐火材料在空气中长期暴露后将产生一些有害的物质,污染生态环境并造成蓄水排涝能力下降,引发新的环境公害;甚至有些废弃耐火材料中存在有害元素,例如Cr+6(致癌物)和耐火陶瓷纤维(可导致肺癌、皮肤病)等。
   随着高温工业的发展,废弃耐火材料的存量与危害性已经引起材料工作者的高度重视。耐火材料的回收利用,在每次召开的国际耐火材料学术会议上都成为重点讨论的课题之一。其不仅可以节约矿产资源和能源、减少环境污染,而且可降低耐火材料的生产成本、提高企业的经济效益和社会效益,更是利在当代功在千秋的大事。为此,一些发达国家先后投入大量的人力物力开展了役后耐火材料的再生利用研究。我国在此方面的研究,起步较晚、投入较少,虽然在某些方面已经开展了一些有益的工作,但尚存更多的课题亟待研究。
   耐火材料的大量消耗,势必会产生大量役后工业废弃物;我国年废弃耐火材料可达300~400万吨之多。这不仅导致资源的浪费,同时带来环境污染并危害人类的身体健康。虽然我国耐火原料矿藏储量很丰富,但经过20年经济快速发展,由于对耐火原料矿藏的开发缺乏计划性、合理性和综合性、甚至出现破坏性的开采,高品位的耐火原料矿藏量迅速减少甚至濒临枯竭。面对高品位耐火原料矿藏濒临枯竭的问题,一方面对耐火矿藏实现计划性、合理性和综合性的节制性开采,可达到遏制资源严重浪费的现象;另一方面回收役后耐火材料并进行综合利用,对节约耐火原料的矿藏资源具有相当大的潜力。
   
1.2研究现状
   田守信、姚金甫利用将含80%(w)用后镁碳砖再生料的再生MT-14镁碳砖在宝钢300t钢包上使用82次(含20次LF),达到原始镁碳砖的使用水平后拆除,再次回收,按照第一次用后镁碳砖的再生工艺过程进行加工处理,然后根据用途设计了配方和工艺路线制造了二次再生镁碳砖。试验证实:
   (1)二次再生镁碳砖的理化性能可以达到原始镁碳砖的实物指标,而且再生砖中用后镁碳砖的使用量可高达97.5%(质量分数)。
   (2)针对再生镁碳砖的使用条件,调整产品的制造技术,特别是添加剂的种类,可以对用后镁碳砖进行多次再生利用,而且其使用寿命也能达到原始镁碳砖的水平。[1]
   游杰刚等利用用后钢包渣线镁碳砖,在小型湿碾机上混料。先加入颗粒料预混2min,再加入热固性酚醛树脂5323混3min,最后加入粉料继续混练30min。混好的泥料在200t液压机上成型为40mm×40mm×130mm样坯,在烘箱内于200℃热处理24h。实验结果证实:
   随着酚醛树脂加人量的增加,200℃热处理后再生镁碳砖的致密度、常温耐压强度、常温抗折强度及高温抗折强度均增大,抗氧化性增强;900℃埋炭处理后试样的致密度增大,但当酚醛树脂加入量(w)达到4%后其致密度变化不大。最后再生镁碳砖中酚醛树脂加入量(w)以3.5%~4%为宜。[2]
   苏波等以有色冶金工业中用铝热法冶炼金属铬所得的废渣和转炉用废弃镁碳砖为原料。
   将用后镁碳砖进行除渣和去除变质层处理,采用400mm×600mm颚式破碎机将用后镁碳砖破碎至15~50mm;将物料进一步破碎碾压,筛分为:>5mm,≤5mm~>3mm,≤3mm~>lmm,≤1mm~>O.074mm,≤0.074mm共计5个粒度级别。
   将铝铬渣进行粉碎和细磨,再进行磁选处理,去除其中的铁磁性物质。筛选出的铝铬渣的各级粒度分别为:≤3mm~>2mm;≤2mm~>1mm;≤1mm~>0.074mm和≤0.074mm。
   实验按M(MgO)与M(Al2O3)的摩尔比为1:1~5:1方案进行配料。当烧成温度为1400℃镁碳砖与铝铬渣摩尔比为5:1时,生成的镁铝尖晶石晶粒发育完整清晰,外貌呈典型的八面体形貌,晶粒排列致密。镁铝尖晶石质量百分数达到92%。[3-5]
   张国栋等以钢包渣线用后镁碳砖为原料,按表3配料,在小型湿碾机上混料,先加入颗粒料预混2min,然后加入热固性酚醛树脂混3min,最后加入粉料继续混碾30min在630t摩擦压砖机上成型为楔形砖,
试样尺寸为(135~145)mm×200mm×95mm/60mm(95和60mm分别表示8和5kg泥料量成型砖坯的厚度),在隧道式干燥器内于200℃热处理12h。
“—”后面的5、8表示制备再生镁碳砖时混料量分别为5和8kg。
实验结果显示:
   (1)随着回收料加入量的增加及混料量的增大,再生镁碳砖的显气孔率增大,体积密度、常温耐压强度和高温抗折强度减小,抗氧化性变差。
   (2)回收料加入量(质量分数)为60%时,再生镁碳砖的性能符合行业标准的要求。
   (3)回收料中存在假颗粒,残碳量高,杂质多,不易混匀,是造成再生镁碳砖致密度、强度和抗氧化性差的原因。
   (4)为了提高再生镁碳砖的质量,必须控制回收料的加入量,选择混练效果好的混碾设备,并注意回收料中残碳对再生镁碳砖性能的影响。[6]
   前景
   以上试验研究和使用结果证明,对用后镁碳砖原料进行适当的处理,并采用根据用后镁碳砖原料的特点而开发的再生镁碳砖技术,不论是电弧炉、LF精炼炉还是转炉的用后镁碳砖,都可以再生出性能优良的镁碳砖,其性能指标和使用效果均达到新镁碳砖的水平。
   用后耐火材料是廉价的再生资源,能显著提高企业的经济效益和社会效益。用后耐火材料的再生利用也是对环保的贡献。因此,应该同国外一样,高度重视对用后耐火材料的开发利用研究,尽快提高其再利用率。这对建设绿色工厂,减少资源消耗,提高再生资源利用率,降低成本和提高社会经济效益等都将产生巨大的影响。
设计方案
2.1主要内容
   探讨役后MgO-C废砖适宜的破碎粒度和用量对拌和用水量、体积密度、气孔率、烧成线变化、常温抗折强度、高温抗折强度、抗渣侵蚀等性能以及相组成和显微结构的影响。
2.2实验方法
   以役后MgO-C废砖、电熔镁砂或烧结镁砂为主料,选用适宜的结合剂、减水剂等各种添加剂,制备出MgO-C质浇注料;测定其性能并与常规MgO-C质浇注料的性能进行比较。
  役后镁碳砖在镁质浇注料中的应用配料表(%)
试验号 95镁砂 役后镁碳砖颗粒料 951硅灰 三聚磷酸钠 Fe2O3
(外加)
5-3mm 3-1mm 1-0mm -200目 5-3mm 3-1mm 1-0mm
0 40 20 15 21.5 0 0 0 3.5 0.15 0.1
1 30 20 15 21.5 10 — — 3.5 0.15 0.1
2 25 20 15 21.5 15 — — 3.5 0.15 0.1
3 20 20 15 21.5 20 — — 3.5 0.15 0.1
4 40 10 15 21.5 — 10 — 3.5 0.15 0.1
5 40 5 15 21.5 — 15 — 3.5 0.15 0.1
6 40 0 15 21.5 — 20 — 3.5 0.15 0.1
7 40 20 10 21.5 — — 5 3.5 0.15 0.1
8 40 20 5 21.5 — — 10 3.5 0.15 0.1
9 40 20 0 21.5 — — 15 3.5 0.15 0.1

试样制备与性能检测
   1、适宜且相同流动度条件下的拌和用水量测定(振动台持续振动2~3min)
   2、110℃×24h 线变化率、显气孔率、体积密度、常温抗折和耐压强度;
   3、1000℃×3h 线变化率、显气孔率、体积密度、常温抗折和耐压强度;
   4、1500℃×3h 线变化率、显气孔率、体积密度、常温抗折和耐压强度、热震稳定性、高温抗折强度、抗渣侵蚀性能、XRD和SEM-EDS分析
2.3预期目标
   尝试役后MgO-C废砖的综合利用和开发MgO-C质浇注料,探讨役后MgO-C废砖的引人对MgO-C质浇注料性能的影响。
三、进度安排
2013.2.25-2013.3.5查阅文献资料,撰写开题报告
2013.3.6-2013.5.15试验研究
2013.5.16-2013.6.5整理撰写毕业论文
2013.6.6-2013.6.12准备毕业答辩及答辩
四、参考文献
   [1]田守信,姚金甫.用后镁碳砖的再生研究[J].耐火材2005,39(4):253-254,265.
   [2]游杰刚,张国栋,罗旭东,刘海啸,陈磊.酚醛树脂加入量对钢包渣线再生镁碳砖性能的影响[J].耐火材料2012,16(1)25-27.
   [3]苏波,郑丽君,张国栋,李富彬.镁铝尖晶石的铝铬渣与用后镁碳砖低温合成[J]. 辽宁科技大学学报2012,35(1)30-33.
   [4]SHEN Yang,RUAN Yu—zhong.Yu Yan.Effects of calcining temperature and holding time on the synthesis of aluminum titanate[J].Chinese J Struct Chem,2009,28(2):228-234.
   [5]SHEN Yang,RUAN Yu-zhong,Yu Yan.Study on the in-situ synthesis of aluminum titanate sintered by waste aluminum slag[J].Chinese J Struct Chem,2009,28(1):61-66
   [6]张国栋,游杰刚,陈树江,刘海啸,杨强,代小明,陈晓林.钢包渣线用后镁碳砖的回收再利用研究[J].耐火材料,2010,44(6):447-449.
   [7]田守信.关于用后镁碳砖多次再生利用的探讨[J].耐火材2010,44(6)305-306.

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