表2為再生鎂碳磚與新鎂碳磚性能對比。可以看出,加入80%(w)再生料的再生鎂碳磚與原鎂碳磚相比,碳含量一致,體積密度、耐壓強度大,顯氣孔率小,高溫抗折強度相差不大甚至要更高一些。采用合理的生產工藝,再生磚的性能與原鎂碳磚性能一致甚至要更好一些。
表2再生鎂碳磚與新鎂碳磚的性能比較[5,21]
序號
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對比項
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w(再生料)/%
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w(C)/%
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體積密度(g·cm-3)
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顯氣孔率/%
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耐壓強度/MPa
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高溫抗折強度/MPa
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1
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原鎂碳磚
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0
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14
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3.00
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2.4
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46
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11.8
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再生鎂碳磚
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80
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14
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3.02
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2.1
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50
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12.8
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2
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原鎂碳磚
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0
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13.5~15
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2.95~3.02
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<4
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35~48
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12
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再生鎂碳磚
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80
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14
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3.04
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3
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45.6
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8~15
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要生產鎂碳磚再生料顆粒加入量高的優質再生磚,需要對磚的揀選、破碎料的碾壓、成型等工藝進行嚴格把關。在生產之前應進行相關試驗,探索與自己機器相匹配的合適的生產工藝。
從文獻來看,現階段研究較多的是廢鎂碳磚水化、破碎后直接利用;結合實際鎂碳再生磚利用情況看,再生磚加大廢磚再生料加入量可能需要更進一步的基礎研究。再生鎂砂方案報道較少,這可能是受以前再生鎂砂價格與鎂砂原料價格的影響,相關研究沒有價值導致的。企業注重效益,需將幾種原料價格波動情況、原料利用率、使用效果綜合考慮進去,使鋼包再生磚的性價比最優化。
3 鎂碳磚再生料的其它應用
廢鎂碳磚的再生利用因為沒有非常實用的工藝而無法全量處理[22],很多學者研究了再生鎂碳顆粒在不定型材料方面的利用。鎂碳磚再生料可以應用于中間包、鋼包等不定型耐火制品的生產。不定型產品氣孔率較鎂碳磚要高的多,一定量假顆粒的存在對再生產品的理化性能影響不大。現階段鎂砂價格普遍偏高,越高檔的鎂砂價格越貴,短時間內鎂砂價格很難降下來。用于其它用途產品的生產降低了鎂碳再生料利用價值。
3.1
有學者將鎂碳磚再生料顆粒應用于生產鋼包渣線用鎂碳澆注料[23],將鎂碳磚再生料顆粒添加到鎂碳澆注料中可以解決鎂碳澆注料加水過多、石墨造粒環節,此種方法實現了廢鎂碳磚的再生利用,但澆注料的使用效果肯定比磚的使用效果差,且目前使用的比較少,該利用方式不能實現廢鎂碳磚再生料的大規模、大批量的高效利用。
姚金甫等[18]加入20%(w)鎂碳再生料制備鋼包噴補料,結果表明再生噴補料噴補附著率好,耐用性好于常規噴補料。再生噴補料存在需水量增加、密度下降、顯氣孔率上升,抗渣性能較常用噴補料好,但石墨與其它組分的不潤濕限制了再生料的加入量。這種方式沒有降低廢鎂碳磚的利用價值,但是技術還不太成熟,用量也不是很大,廢鎂碳磚的加入比例不是很大。
鞏秀民加入15%(w)的鎂碳磚再生料制備了鋼包包沿澆注料[24],該包沿料具有包沿料有很好的強度和防粘渣效果及優良的抗熱震性能,但其附加值比較低,廢料加入量比較少,用量也不是特別大,不是廢鎂碳磚高效利用的最佳選擇。
3.2鎂碳磚再生料在中間包用料中的應用
中間包用耐火材料以鎂質耐火材料為主,包含有干式料、涂抹料、擋渣墻、水口座磚等,大部分材料對強度要求不是特別高。對于碳含量要求不太嚴格的鋼廠中間包用耐火材料,鎂碳磚再生料可以少量加入到部分產品中來降低生產成本。如今鎂砂價格一路走高,若是制品有MgO含量限制時加入鎂碳再生料就有些得不償失。
袁添翼等[25]研究了用整形和鎂碳磚再生料顆粒部分替代95中檔鎂砂制備中間包干式料,研究結果表明整形的再生料使用效果比未整形的好,加入量最多不能超過30%,可以滿足使用要求。鄭凱等[26]申請了一項中間包鎂碳干式料的專利,3~1、1~0.3mm粒度鎂碳磚再生料加入量(w)在65%~82%之間,制作的中間包工作層內襯抗沖刷性和抗侵蝕性優異。江群英[27]申請了一項涂抹料的專利,鎂碳磚再生料加入量在80%左右,可替代傳統的涂抹料,質量穩定,不受再生料假顆粒的影響。
中間包用鎂質原料檔次比鎂碳磚用鎂質原料檔次低,替代使用雖然較引入其它不定型產品中增加了其附加值,但還沒有充分體現高檔鎂砂的價值,再生料加入量比較少,且需要進行整形處理,使用還受到氧化鎂、碳含量要求等限制,不適合大規模、高效利用鎂碳磚再生資源。
3.3鎂碳磚再生料在轉爐上的應用
鄭萬等[28]研究了以60.2%(w)鎂碳磚再生料制備轉爐終渣改質劑。該方式充分利用了再生料中的主要組分而無須擔心再生料理化指標對制品性能產生影響。鎂碳磚再生料這種利用方式可以消耗掉部分石墨含量偏高的小粒度再生料,若是能與再生鎂碳磚配合起來,能提高廢鎂碳磚的利用率。
吳漢元研究了以鎂碳磚再生料來生產造渣輔料[29],用鎂碳磚再生料替代白云石,極大的降低了廢鎂碳磚的回收利用價值,可以用檔次低一點的鎂磚廢料來生產造渣輔料。
以上是廢鎂碳磚水化、干燥、破碎后直接利用,成本較低,受鎂砂原材料價格的影響較小。這些利用方式均未充分利用高檔鎂砂的價值,且會對鋼水增碳,適用場合及用量受到限制,產品中優質石墨會影響產品性能。可以在部分上述產品中加入少量小粒度再生料,與再生鎂碳磚配合,提高廢鎂碳磚的利用率。
4 前景及展望
在當前鎂砂價格居高不下的狀態下,廢鎂碳磚回收利用可以大幅降低成本,無論是出于成本考慮還是環保考慮,廢鎂碳磚回收利用無疑都會大受歡迎,廢鎂碳回收利用也必將朝著生產再生磚方向傾倒。廢鎂碳磚的回收利用方式多種多樣,回收時需要考慮制造附加成本、使用效果等因素的影響,想要充分、高效的利用廢鎂碳磚還有一段路要走。
目前最高效的廢鎂碳磚利用方式是將其水化、二次破碎、碾壓后生產再生鎂碳磚,這一利用方式也最節省成本,但是需要解決好假顆粒的問題。關于如何更好的去除假顆粒,這需要更多的學者去探索相關工藝流程,設計更好的機器來解決這一問題。現階段應該繼續進行一些基礎研究,例如如何能更好的對廢鎂碳磚進行分類,厘清假顆粒對再生磚性能影響的機制。
廢鎂碳磚的回收利用將朝著以再生鎂碳磚為主,其它利用方式輔助,朝著全面利用的方向發展。根據不同部位所用耐材的材質、檔次、對耐材的要求來決定是否可以實現廢鎂碳磚的回收再利用,盡量將廢鎂碳磚應用于與其所用原料檔次相匹配或者相差不大的部位,根據一些影響因素慢慢優化廢鎂碳磚的回收利用,優化利用效率。(摘編自《第十六屆全國青年學術報告會論文集》)