張向前 于寶童 唐 兵

(云南濮耐昆鋼高溫材料有限公司)

1 前言

粘土磚是氧化鋁含量為30 %-48 %的耐火制品，主要是以硬質(zhì)黏土熟料作為骨料、軟質(zhì)粘土作為結(jié)合劑經(jīng)1 280 ℃-1 350 ℃高溫?zé)芍频?。粘土磚的相組成是莫來(lái)石、石英和硅酸鹽玻璃相。粘土磚屬于酸性耐火材料，具有抵抗酸性熔渣或酸性氣體侵蝕、良好的熱震穩(wěn)定性等性能，廣泛應(yīng)用于高爐、熱風(fēng)爐、澆鋼系統(tǒng)、玻璃窯、炭素爐等許多熱工設(shè)備上。

我國(guó)粘土原料儲(chǔ)藏量豐富，而且產(chǎn)地分布廣泛，山東、河南、山西、遼寧、廣西、云南等地，我司所用硬質(zhì)粘土熟料來(lái)自云南安寧富民地區(qū)。粘土原料作為不可再生資源隨著原礦的逐漸開(kāi)采，原礦儲(chǔ)量不斷減少，礦石質(zhì)量逐漸下降，原料中砂石及其它雜質(zhì)較多，而且原料價(jià)格在逐漸提高;在當(dāng)前國(guó)家環(huán)保大力整治下，原料供需形勢(shì)日益嚴(yán)峻，原料供給關(guān)系由買方市場(chǎng)向買方市場(chǎng)轉(zhuǎn)變。

隨著耐材原料資源的日益緊張，耐材產(chǎn)品利潤(rùn)空間大幅壓縮，回收廢舊耐火材料在耐材制品的生產(chǎn)中將占據(jù)越來(lái)越重要的地位?；厥照惩链u主要物相組成為為莫來(lái)石、方石英和玻璃相，通過(guò)對(duì)回收粘土磚的表面處理，去除雜質(zhì)層和變質(zhì)層，替代硬質(zhì)粘土熟料具有可行性。

隨著耐火材料行業(yè)用耐火原料資源的日益緊張，耐材產(chǎn)品利潤(rùn)空間大幅壓縮，耐火材料行業(yè)對(duì)廢舊耐火材料的回收應(yīng)用進(jìn)行大量的研究。通過(guò)對(duì)廢舊鋁硅系耐火材料制品的回收再利用不僅可以緩解粘土質(zhì)原料資源緊張的壓力，節(jié)約國(guó)家的礦產(chǎn)資源和能源，降低耐火材料的生產(chǎn)成本，同時(shí)還可減少工業(yè)廢棄物的排放，順應(yīng)國(guó)家工業(yè)發(fā)展環(huán)保政策的要求，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益以及改善環(huán)境有重要意義[1-5]。

2 試驗(yàn)

2.1 回收粘土磚的處理

用后粘土磚因其使用部位不同，表面粘附的雜質(zhì)不同，表面附著層基本是低熔點(diǎn)玻璃相，當(dāng)廢粘土磚不經(jīng)過(guò)處理而直接作為耐火原料使用時(shí)，物料成分的波動(dòng)導(dǎo)致生產(chǎn)難度的增大，同時(shí)燒成制品表現(xiàn)出外觀缺陷嚴(yán)重，如熔洞、黑斑、開(kāi)裂等。

回收粘土磚在進(jìn)廠前去除表面附著層及變質(zhì)層，保留其本體部分，通過(guò)破碎工藝制成滿足使需的物料粒度。

2.2 回收粘土磚的理化分析

表1 廢粘土磚理化指標(biāo)

2.3 試驗(yàn)方案

2.3.1 原料

表2 原料理化指標(biāo)

2.3.2 試驗(yàn)配方配比

表3 廢粘土磚以顆粒形式加入試驗(yàn)配比

表4 廢粘土磚磚以細(xì)粉形式加入試驗(yàn)配比

表5 廢粘土磚磚以混合加入試驗(yàn)配比

試驗(yàn)配方見(jiàn)上表，分別進(jìn)行廢粘土磚以顆粒形式、細(xì)粉形式和顆粒細(xì)粉共加三組試驗(yàn)方案。依照上述配方混練泥料成型，成型磚型為標(biāo)磚，尺寸為230 mm×114 mm×65 mm;成型后坯體干燥處理后經(jīng)實(shí)驗(yàn)室高溫爐進(jìn)行1 350 ℃3 h 的高溫?zé)伞?duì)燒后試樣分別進(jìn)行耐壓強(qiáng)度等指標(biāo)的檢測(cè)。

2.4 結(jié)果分析

圖2 廢粘土磚對(duì)顯氣孔率的影響

圖4 廢粘土磚對(duì)重?zé)€變化的影響

從上圖1-4可以看出，回收粘土磚以顆粒形式加入時(shí)，隨著廢粘土磚加入比例的提升，隨著廢磚加入量的增加，耐壓強(qiáng)度、體積密度和荷重軟化溫度逐漸降低，顯氣孔率逐漸升高;當(dāng)廢粘土磚以細(xì)粉式加入時(shí)，隨著廢磚粉加入量的增加，耐壓強(qiáng)度增加，顯氣孔率降低，體積密度變化不大，荷重軟化溫度降低;當(dāng)廢粘土磚以顆粒和細(xì)粉混合加入時(shí)，隨著廢磚加入量的增加，耐壓強(qiáng)度增大，顯氣孔率減少，荷重軟化溫度降低;當(dāng)配方中廢粘土磚替代全部硬質(zhì)粘土熟料時(shí)，試樣耐壓強(qiáng)度達(dá)到最大，重?zé)€變化最大，試樣外觀表現(xiàn)出明顯的過(guò)燒現(xiàn)象。

圖1 廢粘土磚對(duì)耐壓強(qiáng)度的影響

回收粘土磚以細(xì)粉形式相比于以顆粒形式加入對(duì)燒成粘土磚高溫指標(biāo)影響較大，隨著物料體系整體回收粘土磚比例的增加，促進(jìn)粘土磚的燒結(jié)。

燒成粘土磚屬于陶瓷結(jié)合，在高溫作用下通過(guò)液相燒結(jié)產(chǎn)生結(jié)合強(qiáng)度。基質(zhì)中低熔物在900 ℃以上溫度產(chǎn)生反應(yīng)生成液相粘結(jié)骨料，促使坯體致密化;同時(shí)在1 200 ℃以上至之火溫度進(jìn)行莫來(lái)石的反應(yīng)，從而使坯體達(dá)到燒結(jié)。

回收粘土磚含有10 %-20 %的玻璃相，部分回收粘土磚玻璃相可能更多，當(dāng)回收粘土磚作為原料用于粘土磚生產(chǎn)時(shí)，低熔點(diǎn)玻璃相相對(duì)增加，在燒成過(guò)程中促進(jìn)坯體燒結(jié)，致使燒成粘土磚產(chǎn)品高溫指標(biāo)降低。分析此種現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因?yàn)閺U粘土磚相對(duì)低熔物含量偏高，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，液相量的增加促進(jìn)燒結(jié)反應(yīng)的正向進(jìn)行，導(dǎo)致產(chǎn)品高溫性能相對(duì)較低。

回收粘土磚相比于硬質(zhì)粘土熟料，其強(qiáng)度相對(duì)偏低，氣孔率偏高，雖經(jīng)過(guò)表面處理，但有部分低熔物不可避免的帶入新的物料系統(tǒng)，物相成分相對(duì)復(fù)雜;回收粘土磚破碎后顆粒大部分以假顆粒形成存在，強(qiáng)度較低，在成型過(guò)程中受外力作用物料間摩擦力相對(duì)較低，成型后坯體更致密;隨著廢磚含量的增加，在高溫?zé)蛇^(guò)程中，因廢磚中低熔點(diǎn)物相促進(jìn)坯體的燒結(jié)進(jìn)程，更有利于坯體的燒結(jié)，故而隨著廢磚用量的增加，耐壓強(qiáng)度逐漸增加，因廢粘土磚中低熔點(diǎn)雜質(zhì)含量相對(duì)較高，在高溫下荷重軟化溫度隨著廢磚量的增加逐漸降低。

3 工業(yè)試驗(yàn)

綜合實(shí)驗(yàn)及我司回收粘土磚采購(gòu)情況，采用回收粘土磚:硬質(zhì)粘土熟料為3:2，回收粘土磚以骨料和細(xì)粉共同加入方式，廢粘土磚總使用量為30 %的配方實(shí)驗(yàn)，在某煉鐵廠50 t鐵水罐進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)用鐵水罐正常罐齡在350-400 次/罐，實(shí)驗(yàn)鐵水罐下線罐齡為406 次，同期下線正常鐵水罐平均罐齡為410 次，在同等條件下，試用鐵水罐罐齡正常，試驗(yàn)磚殘磚厚度為50-80 mm，與同期下線鐵水罐殘磚厚度差別不大。

圖5 試驗(yàn)粘土磚使用后(406 次)

圖6 現(xiàn)用粘土磚使用后(420 次)

4 結(jié)論

(1) 回收粘土磚在去除表面附著物和變質(zhì)層后，用于替代硬質(zhì)粘土熟料用的粘土磚的生產(chǎn)具有可行性。

(2) 依據(jù)粘土磚的使用部位不同，可通過(guò)調(diào)整回收粘土磚的加入量達(dá)到使用要求。

(3) 將回收粘土磚用于粘土磚的生產(chǎn)，不僅提升了經(jīng)濟(jì)效益，而且降低資源緊張的壓力，符合國(guó)家減污減排的環(huán)境效益。