閆 芳

（新疆八鋼佳域工貿(mào)總公司）

1 前言

鎂砂是一種高級(jí)耐火材料，鎂砂的用途隨著鎂砂工業(yè)的發(fā)展越來越受到人們的重視。中檔燒結(jié)鎂砂在中間包涂抹料中已被廣泛應(yīng)用，但近年來由于礦石品位下降和燃料價(jià)格上漲，中檔燒結(jié)鎂砂質(zhì)量有所下降且價(jià)格逐年攀升，中間包涂抹料成本日益增高。為了降低中間包涂抹料成本，一些生產(chǎn)廠嘗試用重?zé)V砂替代中檔鎂砂。重?zé)V砂是選用天然菱鎂礦石，經(jīng)高溫豎窯煅燒加熱至1400～1800℃時(shí)，Mg(CO3)完全分解生成方鎂石，成為堅(jiān)硬紅褐色的重?zé)V砂，它具有很高的耐火度，主成分MgO和主要雜質(zhì)成分CaO、SiO2。主要組成位于MgO-CaO-SiO2三元系中。形成的共存礦物為方鎂石（MgO）、鎂橄欖石（M2S）、鈣鎂橄欖石（CMS）、鎂硅鈣石（C3MS2）、硅酸二鈣（C2S）、鎂鋁尖晶石（MA）。如果 n（CaO）/n（SiO2）＞2，還可能有硅酸三鈣等。方鎂石對(duì)含CaO和鐵氧的堿性渣有很強(qiáng)的抵抗性，是生產(chǎn)不定型耐火材料的理想原料之一。

結(jié)合重?zé)V砂良好的使用性能，也可在中間包涂抹料中添加鎂橄欖石，鎂橄欖石礦物與MgO發(fā)生反應(yīng)，形成更多的橄欖石相（M2S），針狀結(jié)晶，晶格強(qiáng)度大，熔點(diǎn)為1890℃，高溫強(qiáng)度高，鎂橄欖石發(fā)生再結(jié)晶過程并形成粗大的鎂橄欖石骨架，改善高溫使用性能，對(duì)含鐵堿性渣穩(wěn)定性好[1-4]。為降低生產(chǎn)成本八鋼佳域保溫材料廠采用重?zé)V砂和鎂橄欖石，并對(duì)中間包涂抹料生產(chǎn)的工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

2 主要原料選用

中間包涂抹料在使用過程中會(huì)發(fā)生一定的熱負(fù)荷反應(yīng)，導(dǎo)致涂抹料燒結(jié)，中間包翻包困難，永久層壽命降低，增加耐火材料的綜合消耗。為了降低熱負(fù)荷反應(yīng)，要求涂抹料在接觸鋼水的瞬間迅速燒結(jié)，形成堅(jiān)固的整體結(jié)構(gòu)，耐鋼水沖刷和侵蝕又不污染鋼水。涂抹料在使用時(shí)產(chǎn)生燒結(jié)，主晶相為低熔點(diǎn)的鈣鎂橄欖石（CMS），所以選用重?zé)V砂（主晶相為方鎂石）時(shí)，嚴(yán)格控制氧化鈣含量，要求小于2.0%，氧化硅大于1.6%，氧化鎂為93%、C/S比小于0.5，既滿足迅速形成燒結(jié)層，又具有高的耐火度。

方鎂石常呈立方體、八面體或不規(guī)則粒狀，立方體解理完全，密度 3.56～3.65g/cm3，硬度為 5.5，熔點(diǎn)為2800℃，在1800～2400℃顯著揮發(fā)：

MgO(s)=Mg（g）+1/2O2（g）

MgO(s)=MgO(g)

在高溫時(shí)（1540℃）氧化鎂和各種耐火材料之間不起反應(yīng)或弱反應(yīng)，對(duì)含有CaO和FeO的堿性渣有極好的抵抗性。

純凈的鎂橄欖石熔點(diǎn)為1890℃。鎂橄欖石結(jié)構(gòu)中各向鍵力相差不大，在形態(tài)上大致呈三向等長莊，解理差。常見的形態(tài)為粒狀集合體或塊狀體。顏色為白、淡黃、淡綠。硬度大 （6.5～7），密度3.22～3.33g/cm3，熔點(diǎn)高（1890℃），并且從常溫至熔點(diǎn)間無晶型轉(zhuǎn)變，晶型穩(wěn)定，是耐火材料的良好組成礦物。主晶相除M2S外（含量65%～75%），還有相當(dāng)數(shù)量約0～15%的鐵酸鎂及其他礦物，強(qiáng)烈影響橄欖石高溫性能，鐵橄欖石熔點(diǎn)較低(1205℃)含量不宜過高，以FeO(質(zhì)量分?jǐn)?shù))計(jì)不宜超過10%。M2S的結(jié)晶顆粒很大并形成結(jié)構(gòu)骨架。其他礦物不以結(jié)合物形式存在，而是以包裹的形式存在于鎂橄欖石晶體的裂縫之中，加之游離的SiO2存在。因此選擇天然、優(yōu)質(zhì)的鎂橄欖石做耐火材料時(shí)，在原料中加入鎂砂可以獲得良好的礦物組成-鎂橄欖石。重?zé)V砂與天然鎂橄欖石在1450℃時(shí)發(fā)生以下反應(yīng)(如果加熱產(chǎn)物中有SiO2，還可發(fā)生反應(yīng))，

Mg SiO3+MgO→Mg2SiO4

SiO2+2MgO→Mg2SiO4

鎂橄欖石Mg2SiO4的形成發(fā)應(yīng)在1450℃基本完成，再經(jīng)過1650℃～1700℃高溫后，鎂橄欖石會(huì)有再結(jié)晶過程并形成粗大的鎂橄欖石骨架，達(dá)到更好的耐高溫效果。中間包涂抹料的主要原料化學(xué)成分見表1。

表1 中間包涂抹料主原料化學(xué)組成,%

表1 中間包涂抹料主原料化學(xué)組成,%

原料 MgO SiO2 CaO Fe2O3 Al2O3 灼減重?zé)V砂 93.51 3.85 1.71 0.23鎂橄欖石 37.84 44.49 4.9硅微粉 93.34 2.46

3 工藝改進(jìn)

3.1 工藝流程設(shè)計(jì)及改進(jìn)

主料設(shè)備參數(shù)：10m3儲(chǔ)氣罐2臺(tái)、倉泵2臺(tái)、15m3主料倉10個(gè)、傳感式稱量斗2個(gè)，750型混合機(jī)2臺(tái)，自動(dòng)包裝線2條。添加劑設(shè)備：5m3儲(chǔ)氣罐1臺(tái)、倉泵1臺(tái)、添加劑秤倉8個(gè)。生產(chǎn)線2條：1#、2#線。涂抹料生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 涂抹料生產(chǎn)工藝流程圖

涂抹料前期的生產(chǎn)工藝采用單一的攪拌機(jī)混合，人工配料、稱料，用電動(dòng)葫蘆上料，手工加料，因整個(gè)生產(chǎn)過程中勞動(dòng)強(qiáng)度大，粉塵污染嚴(yán)重，生產(chǎn)效率較低。改進(jìn)后的中間包涂抹料的生產(chǎn)工藝采用工業(yè)自動(dòng)化控制，配料系統(tǒng)使用三菱系列PLC可編程控制器配合工控機(jī)端MCGS模擬畫面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化電腦控制。通過兩個(gè)主料加料口向系統(tǒng)發(fā)送倉加主料，加料口安裝除塵器，可以有效減少拆袋加料時(shí)產(chǎn)生的灰塵。加料口裝有過濾網(wǎng)，可以避免原料中的結(jié)塊或其它異物進(jìn)入輸送系統(tǒng)造成堵塞。輸送系統(tǒng)由供氣系統(tǒng)氣罐所儲(chǔ)存的壓縮空氣提供打料氣源。多臺(tái)空壓機(jī)的設(shè)計(jì)保證了氣源的穩(wěn)定。分別用1#、2#生產(chǎn)線生產(chǎn)鎂質(zhì)和鎂橄欖石質(zhì)涂抹料，利用壓縮空氣將主要生產(chǎn)原料及添加劑通過發(fā)送倉分別輸送至各個(gè)生產(chǎn)線對(duì)應(yīng)料倉，采用壓力傳感器式稱量斗依次進(jìn)行主料的累計(jì)稱量配重，添加劑料倉采用倉秤自稱量式料倉，使用減重式配料方案。當(dāng)主料進(jìn)入混合機(jī)后,添加劑料倉立即啟動(dòng)，添加劑料倉利用星形卸料閥進(jìn)行減重式配料,通過星形卸料閥直接進(jìn)入混合機(jī)與主料進(jìn)行混合，通過行星式攪拌機(jī)混勻后進(jìn)入過渡料倉，采用自動(dòng)包裝線，根據(jù)使用需要選擇噸袋和小袋包裝。整個(gè)生產(chǎn)過程流暢有序，涂抹料配料混合無縫銜接，低污染，精度高，成品合格率高，保證了其穩(wěn)定的使用性能。

3.2 粒度級(jí)配及配方設(shè)計(jì)優(yōu)化

為了達(dá)到更好的使用效果，原料的粒度組成起到至關(guān)重要的作用。通過細(xì)化配方粒度級(jí)配，試驗(yàn)了多組不同原料組成和粒度級(jí)配試樣，對(duì)理化性能和施工性能進(jìn)行研究分析，最終確定涂抹料的最佳粒度級(jí)配。根據(jù)以往生產(chǎn)涂抹料的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)兩組配方，分別由主原料、結(jié)合劑、外添加劑組成，結(jié)合劑選用微米級(jí)的硅微粉和廣西白泥，使涂抹料具有良好的活性、可塑性。廣西白泥為軟質(zhì)粘土，在水中易分散，有較高的可塑性。涂抹料的結(jié)合系統(tǒng)主要是加入了木質(zhì)素磺酸鈣，利用其減水性有效改善粘結(jié)性，并加入膨潤土與之進(jìn)行陽離子交換，有效形成膠體，防止龜裂，增加自然干燥強(qiáng)度；加入磷酸二氫鋁調(diào)節(jié)酸堿度，PH保持在6.5～7，改善涂抹料的硬化效果，提高附著率，減少坍塌。添加有機(jī)纖維，防止干燥時(shí)發(fā)生裂紋、烘烤時(shí)發(fā)生爆裂。根據(jù)煉鋼工藝需要，分別研制了以重?zé)V砂為主料的鎂質(zhì)涂抹料和以重?zé)V砂和鎂橄欖石為主的鎂橄欖石質(zhì)涂抹料。

鎂質(zhì)涂抹料采用三級(jí)配料（見表 2），分別為1～2.5mm、0.088～1mm、小于 0.088mm。

表2 鎂質(zhì)涂抹料試樣配比

鎂橄欖石質(zhì)涂抹料采用四級(jí)配料（見表3），分別為1～3mm、0.5～1.0mm、0～0.5mm、小于 0.088mm。

3.3 試驗(yàn)過程

按照表2、表3配方分別制作相應(yīng)的試樣，試樣編碼為1#、2#和3#。先稱量2kg物料、混合均勻；再量取適量水加入拌和均勻，加水量約18%～25%，加水時(shí)根據(jù)原料吸水性及干濕加入，以不粘抹子為標(biāo)準(zhǔn)。用抹子取少量涂抹料在與地面傾角60°的耐火磚上涂抹，涂抹厚度約70～80mm，靜置10分鐘觀察是否塌料，觀察其涂抹性能和附著性能。

按表2配方制作的涂抹料試樣，2#加入膨潤土，涂抹時(shí)附著性比1#和3#改善，不回落，不坍塌。用1#、2#和3#涂抹料試樣分別制作成160mm×40mm×40mm的樣快，室溫養(yǎng)護(hù)24h后脫模，觀察對(duì)比試樣強(qiáng)度，木質(zhì)素加入后2#試樣常溫干燥強(qiáng)度比 1#、3#明顯改進(jìn)。

同樣按表3配方制作的160mm×40mm×40mm樣快，試樣編碼為1#、2#和3#。經(jīng)110℃24h烘烤后檢測(cè)抗折強(qiáng)度，對(duì)比檢測(cè)結(jié)果，加入磷酸二氫鋁后3#配方抗折強(qiáng)度最高0.8 MPa（1#配方試樣抗折強(qiáng)度0.68MPa、2#配方試樣抗折強(qiáng)度0.7MPa）。

對(duì)表2、表3的試樣檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，最終確定表2中2#配方、表3中3#配方為最佳生產(chǎn)配方，用于生產(chǎn)鎂質(zhì)、鎂橄欖石質(zhì)涂抹料。

表3 鎂橄欖石試樣配比

4 效果

經(jīng)工藝改進(jìn)的中間包涂抹料主要用于八鋼煉鋼連鑄中間包工作內(nèi)襯，起到了凈化鋼水，吸附鋼水中的氧化物和去除P、S夾雜物的作用。涂抹施工方便，涂抹時(shí)不坍塌；烘烤時(shí)不鼓包、不爆裂；耐高溫、抗渣侵蝕性能良好。

采用優(yōu)化工藝生產(chǎn)的中間涂抹料用于八鋼煉鋼連鑄生產(chǎn),此中間包涂抹料的抗渣侵蝕性良好，使用后渣結(jié)侵蝕厚度為10～20mm。對(duì)八鋼煉鋼連鑄作業(yè)區(qū)中間包澆注鋼水后的10個(gè)中間包的翻包情況統(tǒng)計(jì)見表4，使用效果見圖2。

表4 中間包的翻包情況

圖2 使用后的中間包

八鋼煉鋼連鑄生產(chǎn)使用結(jié)果表明，此涂抹料可以滿足煉鋼連鑄生產(chǎn)工藝要求。中間涂抹料年需求量約1.08萬t，月最高用量1000t，使用壽命最長可達(dá) 13～14h。

5 結(jié)束語

（1）用重?zé)V砂替代中檔鎂砂，結(jié)合重?zé)V砂良好的使用性能，在中間包涂抹料中添加鎂橄欖石，鎂橄欖石礦物與MgO發(fā)生反應(yīng)，形成更多的橄欖石相（M2S），分別研制出以重?zé)V砂為主料的鎂質(zhì)涂抹料和以重?zé)V砂和鎂橄欖石為主料的鎂橄欖石質(zhì)涂抹料。既降低了涂抹料的生產(chǎn)成本，又可滿足中間包使用壽命。

（2）涂抹料的生產(chǎn)采用新型潔凈能源—壓縮空氣輸送原料，并在加料口安裝除塵器，減少了粉塵。綠色環(huán)保、省時(shí)省力、生產(chǎn)效率大幅提高?；诠I(yè)自動(dòng)化的理想，結(jié)合理論實(shí)踐精神，并且出于對(duì)環(huán)境保護(hù)，人身安全的理解。采用該技術(shù)方案，并且獲得了較為理想的效果。

（3）根據(jù)生產(chǎn)涂抹料的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合系統(tǒng)采用了木質(zhì)素磺酸鈣，利用其減水性有效改善粘結(jié)性，并加入膨潤土與之進(jìn)行陽離子交換，有效形成膠體，防止龜裂，增加自然干燥強(qiáng)度；加入磷酸二氫鋁調(diào)節(jié)酸堿度，PH保持在6.5～7,改善涂抹料的硬化效果，提高自然干燥及烘烤強(qiáng)度。

（4）經(jīng)工藝改進(jìn)后，涂抹料生產(chǎn)成本降低170元/t，累計(jì)降低成本476萬元。減輕了產(chǎn)品制造成本壓力，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭力。