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废弃高铝砖制备钢包永久衬浇注料的研究
废弃高铝砖制备钢包永久衬浇注料的研究
随着耐火材料行业的快速发展，加上耐火原料的滥采滥挖、不合理的消耗和浪费以及愈益严格的环境、资源保护政策，耐火原料资源的短缺逐渐成为了耐火行业发展的瓶颈，耐火原料资源的综合开采和利用势在必行。我国耐火材料的年消耗量在900万t以上，用后废弃耐火材料约在400万t以上。这些用后耐火材料若经拣选、分类和特殊的工艺处理，就能够获得价值很高的耐火原料[5,6,7]。采用经这些耐火原料加工处理后的再生料，不但可以生产优质的不定形耐火材料，而且还能再生出优质的定形产品，有些可以作为冶金辅料，如溅渣护炉料、造渣剂等。 在本研究中，对比研究了再生高铝砖粗颗粒和细颗粒部分取代焦宝石、矾土颗粒时对钢包永久衬浇注料物理性能的影响，并根据试验结果进行现场应用研究，旨在为钢包永久衬浇注料的低成本化提供一个可行思路。 本试验所用的主要原料为废旧高铝砖通过拣选、破碎、筛分、除铁、均化处理后得到的不同粒径的再生高铝砖颗粒料。其中5～3和3～1 mm的废旧高铝砖粗颗粒体积密度分别为2.43 g·cm-3、2.41 g·cm-3，吸水率分别为9.1%、9.8%。以焦宝石颗粒（5～3和3～1mm）、矾土颗粒（1～0 mm）、废旧高铝砖颗粒（5～3和3～1mm）、矾土细粉（≤0.088 mm）和二氧化硅微粉（≤0.088 mm）为原料，以625#水泥为结合剂，外加三聚磷酸钠减水剂。试验用主要原料的化学组成见表1。
以焦宝石-矾土质钢包永久衬浇注料为参照配方(标记为A)，分别以质量分数为55%的废旧高铝砖粗颗粒和细颗粒取代参照配方中的焦宝石及矾土颗粒，得到以废旧高铝砖为主要骨料的浇注料(分别标记为B和C)，具体见表2。
按照表2所示配方准确称量配料，将配好的骨料和粉料在小型混碾机内混合，待物料搅拌均匀后，采用跳桌测定仪检测其流动性，然后将物料在振动台上振动成型，分别制得40 mm×40 mm×160 mm的长条状试样，试样经常温养护24 h后脱模并继续养护24 h，然后放入烘箱内于110℃烘干24 h。干燥后的长条状试样一部分试样直接用于检测其干燥后的各项物理性能，另一部分经1100℃保温3 h、1350℃保温3 h和1500℃保温3 h热处理后再检测其热处理后的各项物理性能。 各浇注料试样的流动性能如图1所示。在加水量相同的情况下，三种试样的流动性能有所差异：试样A的流动值在170 mm左右，试样C的流动值最差。各浇注料试样烘干后的体积密度如图2所示。由图可知，试样A致密化程度较高，而废旧高铝砖对浇注料的体积密度有较明显的降低作用，这是焦宝石颗粒和废旧高铝砖颗粒在自身密度上的差异而造成的。同时由于加入废旧高铝砖细粉的浇注料流动性更差，试样的气孔率更高，体积密度更低。
三种钢包永久衬浇注料经100℃保温3 h、1350℃保温3 h和1500℃保温3 h烧后的常温抗折强度见图3。由图可知，采用粗颗粒废旧高铝砖替代粗颗粒焦宝石的浇注料B与试样A的性能差异不大，其常温和高温抗折强度都大于8 MPa，且优于试样C的抗折强度。图4给出了三种钢包永久衬浇注料经100℃保温3 h、1350℃保温3 h和1500℃保温3 h烧后的常温耐压强度。三组试样的常温耐压强度均大于20MPa，用粗颗粒废旧高铝砖替代粗颗粒焦宝石的浇注料B经不同温度热处理后的强度均较高，且经1500℃保温3 h烧后，试样B的耐压强度与试样A相比提高了6.8%。
各浇注料试样经100℃保温3 h、1350℃保温3 h和1500℃保温3 h烧后线变化率如图5所示。由图可知：经1100℃保温3 h烧后，以废弃高铝砖再生颗粒料替代试样A中骨料后，浇注料的烧后线变化率并无明显变化；经1350℃保温3 h烧后，三种钢包永久衬浇注料都有0.5%以内的微膨胀。此种膨胀是由烧结过程中的莫来石化引起的。经1500℃保温3 h烧后，各浇注料试样均呈现收缩，这与高温下试样的烧结有关。
以废高铝砖为骨料的研制产品其性能指标及其与市售相关产品的性能指标对比见表3。从表3可以看出，研制产品的各项指标均优于现有产品，所以用废弃高铝砖作骨料生产对应产品来代替现有产品是完全可行的。
(1）以废弃高铝砖粗颗粒作为焦宝石颗粒替代品的浇注料与以废旧高铝砖细颗粒作为矾土细颗粒替代品的浇注料相比，前者的物理性能更好，且各项性能指标与矾土-焦宝石浇注料浇注料的更为接近，而以废旧高铝砖细颗粒部分替代的浇注料高温性能最差。 (2）与含废旧高铝砖细颗粒的浇注料相比，含废旧高铝砖粗颗粒的浇注料更适合作为矾土-焦宝石钢包永久衬浇注料的替代品。
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