对镁炭砖多次再生

对镁炭砖多次再生利用的研究 田守信  （上海宝钢集团公司，上海201900） 摘要：本文分析探讨了用后镁碳砖多次再生对使用性能的影响，探讨了多次再生而又保证产品质量的方法。得出了只要制造技术和使用技术相结合，就可以对用后镁碳砖进行多次再生，实验结果证明再再生镁碳砖具有良好的理化性能。 关键词： 再生  资源  镁碳砖  使用技术 镁碳砖使用后，再生出优质的镁碳砖，并取得了良好的使用效果，这已经为实践所证明[1，2]。那么再生镁碳砖经过使用后，是否还可以再生，即再再生镁碳砖或多次再生是否质量下降，特别是使用效果是否下降？有些人心存疑虑。为了解除人们的这种疑虑，特进行了这方面的探讨。 作者[2]已经就如何提高再生镁碳砖的质量和控制再生镁碳砖质量的稳定性进行了探讨。只要严格管理，按照科学的工艺技术做，就能够生产出理化性能稳定的优质再生镁碳砖，优质再生镁碳砖与使用技术相结合，就会取得良好的使用效果。用后镁碳砖，经过再次使用后，是否还可以再生？即再再生镁碳砖是否质量下降？本文通过分析后认为只要管理和做好，再再生镁碳砖质量完全能够达到原始新镁碳砖的水平，镁碳砖可以多次再生利用。 在使用条件一定的情况下，镁碳砖的使用效果由镁碳砖的质量所决定的。而镁碳砖的质量主要由与实用性能相对应的镁碳砖理化指标和显微结构来表征的。通过控制镁碳砖的理化指标和设计显微结构来控制镁碳砖的质量。从而达到良好的使用效果。镁碳砖的理化指标分为物理指标和化学指标。本文就再再生镁碳砖的理化指标进行了分析和试验。先报导如下： 1 再再生镁碳砖的理化指标 再生的MT-14镁炭砖（含有80%的用后镁碳砖再生料）在宝钢300t钢包上使用82次（含20次LF）和89次（含22次LF），达到了新镁碳砖的使用水平后，停下来拆除。把用后的再生镁碳砖再次回收，按照第一次用后镁碳砖的再生工艺过程进行加工处理，然后根据用途设计再再生镁碳砖的配料和工艺技术路线，制造再再生镁炭砖，其配方和性能指标见表1。 表1再再生镁炭砖配方和性能(成型压力270MPa) Table 1 Formula and properties of multi-reproduced MgO-C brick (270MPa at presws) No 再2－1 再2－2 再2－3 新电熔镁砂 17.5 0 13.5 再生用后镁碳砖料 80 97.5 80 -198石墨 0 0 4 复合添加剂 2.5 2.5 2.5 PF树脂结合剂 4 4 4 2000C,10h 体积密度/g.cm-3 3.09 3.06 3.04 显气孔率/% 3 5 3 耐压强度/MPa 59.1 44.5 45.6 热态抗折强度(14000C,0.5h)/MPa 15 14 12 MgO/% 82 80 79 C/% 10 12 14           由表1可知：再生镁炭砖用后完全能够再次再生出性能优良的镁炭砖。因此，不管使用多少次，只要方法对头，同样可以再生。多次再生的镁碳砖物理性能达到原始镁碳砖的物理指标。 2 再生镁碳砖中颗粒组成的变化 用后镁碳砖，每再生一次，都要经过破碎、混料和打砖等处理过程。经过这样的工艺过程之后，颗粒在机械作用下变小。因此，多次再生镁炭砖时，为了原料的平衡和配料的颗粒平衡，应该添加部分颗粒电熔镁砂料为好。实际上，经过使用和处理，镁碳砖中的石墨有粉碎和氧化现象，这导致了石墨尺寸的降低。正好石墨尺寸的大小对镁碳砖的耐侵蚀性基本上没有影响。 3再再生镁碳砖的化学成分 前面已经报导了再再生镁碳砖的物理指标，如强度、气孔率和体积密度等都达到和超过了原始新镁碳砖的水平。现在分析经过制造、使用和再生这样反复进行，成分有何变化，对使用有何影响。 镁碳砖中含有镁砂、石墨、结合剂和添加物。经过使用和再生可能发生下列变化。 不管使用多少次和如何处理，石墨和镁砂是镁碳砖的主要成分，没有什么变化。它们仍然是再再生镁碳砖的主要成分，通过添加镁砂或石墨可以达到所要求再再生镁碳砖的MgO和C的含量。因此它们应该对再再生镁碳砖没有产生坏的质量影响。 对于镁碳砖的结合剂，在使用过程中或经过高温后，树脂结合剂碳化成碳，酚醛树脂碳化成无定形的碳，沥青系结合剂碳化成具有一定石墨结构的碳。不管是哪一种碳，它们都是高温相，都具有不被钢水润湿的特性。因此，镁碳砖的结合剂经过高温后，没有形成低温相，没有引入杂质，没有影响再再生镁碳砖的产品质量。这一点是和一般耐火材料的结合剂不一样的。一般结合剂往往是耐火材料的低熔相，影响了耐火材料的高温性能。 现在看添加物。添加物使用后会发生一系列的变化，它对再再生镁碳砖的质量产生一定的影响。现在分析如下。通过分析和结合使用条件，调整再再生镁碳砖的制造技术，使再再生镁碳砖的质量和使用效果达到原始新镁碳砖的水平。 一般镁碳砖的添加物有铝粉、硅粉、镁铝合金粉、碳化硼粉和碳化硅粉等。现在逐一分析如下： 对于添加金属铝粉，经过使用和处理，基本上变成了氧化铝、尖晶石和碳化铝。经过处理碳化铝也变成了氧化铝。Al2O3和MA与MgO相比，耐高温性能差一些和抗碱性渣能力稍差一点。但是对于铝脱氧和使用铝钙渣的铝镇静钢的钢包或精炼炉，由于渣中高Al2O3的存在，使氧化铝在渣中接近饱和状态（见图1和图3）。因此氧化铝或铝镁尖晶石就基本上不影响抗侵蚀性。因此，即使多次再生镁炭砖时，每次加铝粉，每增加一次再生，就会导致再生砖中的氧化铝或铝镁尖晶石量增加，这并未明显影响抗铝镇静钢渣的侵蚀性和使用寿命。而对于硅脱氧和使用钙硅渣的硅镇静钢，由于渣中氧化硅较多，氧化铝较少，根据相图2和3，它们在渣中远未达到饱和（氧化铝的饱和浓度约为50％），而导致溶解侵蚀增加。因此，如果再再生镁炭砖添加铝，导致了砖中的氧化铝积累增加，这会导致抗侵蚀性降低。因此对于硅镇静的钢水用钢包或精炼包，如果再再生镁炭砖中加铝粉，都会导致每增加一次再生，都会使再再生镁碳砖中氧化铝增加，因而导致侵蚀变快。因此，对于硅镇静钢冶炼，再再生镁碳砖就不能添加金属铝粉，否则，影响再再生镁碳砖的使用效果，并且随着再生次数的增加，使用寿命降低。再生镁碳砖中加铝导致再再生镁碳砖中的氧化铝变化见表2。 表2再生每次加2%铝粉情况下的再再生镁碳砖化学成分 Table 2 Chemical composition of multi-reproduced MgO-C brick added 2% aluminum powder 再生次数 原始(0) 1 2 3 4 5 MgO 78.7 76.0 74.1 72.71 71.64 70.84 C 14 14 14 14 14 14 Al2O3 4.5 7.3 9.27 10.79 11.96 12.86 SiO2 1.3 1.25 1.20 1.15 1.1 1.05 CaO 1.5 1.45 1.40 1.35 1.30 1.25               镁碳砖配料里添加硅粉和碳化硅粉，经过使用后，它氧化变成了SiO2和镁橄榄石。根据MgO-SiO2相图随着氧化硅增加，高温液相量增加，由相图2和3可知，它们远没有达到饱和，因此，不管是铝钙渣或是硅钙渣，它们抵抗能力降低。很多也已经试验证明，随着硅和碳化硅的增加，镁碳砖的抗侵蚀性变差。因此，再再生镁碳砖的配料里，不能添加硅粉和碳化硅粉。不管是用在铝镇静钢或是硅镇静钢，再再生镁炭砖不要加硅或碳化硅，否则就会影响再再生镁炭砖的使用结果。 对于镁炭砖中添加的碳化硼，它在用后镁炭砖内部仍然存在部分碳化硼，而在表面是氧化硼。用后镁碳砖表面的氧化硼，将显著降低镁砂熔点和液相黏度等性能。因此，应该高度重视清除镁碳砖表面杂质。为了保证性能，把氧化硼去掉是基本要求。碳化硼留在再再生镁炭砖里，显然是好事，可以继续发挥它的抗氧化剂的作用。因此添加物碳化硼对多次再再生镁碳砖起到好的影响，而不是坏的影响。这是本再再生镁碳砖的优点之处，保留了添加物，使其在再再生镁碳砖中继续发挥作用。这对提高再再生镁碳砖的抗氧化性和降低成本起到良好的作用。 对于镁碳砖里配入添加物镁铝合金粉和镁粉，镁粉与水或氧，很快变成了氧化镁，这没有影响再再生镁碳砖的性能。即使没有经过水化变成氧化镁，而直接氧化变成氧化镁或高温气化，经过气相扩散迁移到表面，再与强氧化气氛氧化成氧化镁堵塞气孔，这都没有影响再再生镁碳砖的性能。而铝镁合金的铝同铝粉的作用是一样的。已经在前边分析过，它经过使用和处理后，基本上变成了氧化铝或MA。当应用在铝镇静钢时，没有影响使用效果，而应用于硅镇静钢时，会导致侵蚀性变差，因此，铝镁合金粉同铝粉一样，不适合于硅镇静钢的钢包或精炼炉用镁碳砖，而可以应用到铝镇静钢的炉衬。 经过上述分析，只要了解使用环境和再再生镁炭砖的规律，针对冶炼操作条件配制再再生镁炭砖，就不会恶化再再生镁炭砖的使用性能，甚至对于降低成本和提高性能产生良好的影响。对于一般钢生产用镁炭砖，它含有2%铝粉。它使用后进行多次再再生。再生过程中加锌粉或碳化硼粉或镁粉，可以证明多次再生镁碳砖的体密、显气孔率、耐压热态强度等物理指标不变。而金属镁氧化成氧化镁是再再生镁碳砖的主体成分没有影响再再生镁碳砖的成分。在使用过程中碳化硼氧化变成的氧化硼富积在表面，可以通过表面除渣而除去。残余内部的碳化硼可以在下次再生镁碳砖时，继续发挥作用，并且能减少再再生镁碳砖碳化硼的加入量。因此没有影响再再生镁碳砖的使用性能，反而对于降低成本起到作用。这样就保证了再再生镁碳砖的化学成分不变，和第一次的用后镁碳砖的成分基本上一样，防止了随着再生次数的增加，再再生镁碳砖质量下降的趋势。 总之，对于铝镇静钢的炉衬用镁炭砖，铝粉、镁铝合金粉、碳化硼等可以在再生镁炭砖中多次使用，而不会影响再再生镁炭砖的使用性能。对于硅镇静钢，铝粉不要应用到再生镁炭砖中，否则就会影响再再生镁炭砖的使用性能。无论什么钢种，硅粉、碳化硅粉都将影响再生镁炭砖的使用性能。因此，只要再生镁炭砖不加硅或碳化硅粉，就不会影响再再生镁炭砖使用性能。碳化硼、镁粉都不会影响再生镁炭砖的使用性能，不会由于多次再生时添加这些添加物而恶化再再生镁炭砖的使用性能，保证了多次再生镁碳砖质量的稳定性。 4 结论 经过试验，再再生镁碳砖理化性能达到了原始镁碳砖的实物理化指标。并且使用用后镁碳砖的量可以达到97.5%以上。通过分析，探讨了再再生镁碳砖对使用效果的影响，探讨了多次再生而又保证产品质量的方法。得出了制造技术和使用条件相结合，针对使用条件，调整产品的制造技术，特别是添加剂，从而就可以对用后镁碳砖进行多次再生。不仅再再生镁碳砖的理化性能均能达到新镁碳砖的实物水平，而且它的使用结果也能达到新砖的水平。即镁碳砖可以多次再生循环利用。 参考文献 [1] 田守信，姚金甫“用后镁炭砖的再生研究”耐火材料，2005,39[4]253~254 [2] 田守信, 姚金甫“再生镁碳砖的性能、使用和质量控制” 耐火材料2007,41[6]443-445 Development of multi-reproduced MgO-C brick with reproduced MgO-C brick used Tian Shouxin (Baosteel Technology center, Shanghai 201900, China) Abstract：The paper  analyzes  and discusses effect of multi-reproduced MgO-C brick on its service life. Discuss method of multi-reproducing and guaranteeing product quality. The conclusion is that high grade multi-reproduced MgO-C brick, which possess very good service life and physical and chemical properties, can been reproduced out if only do manufacture technology with service condition combine. Keywords： Reproduction  Resource  MgO-C brick  Use technology 图1 MgO-CaO-Al2O3相图 图2 MgO-CaO-SiO2相图 图3 CaO-Al2O3-SiO2相图