一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料及制备方法.pdf

一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料及制备方法，由优质镁砂颗粒、合成镁钙铁砂颗粒、烧结镁铬砂细粉、氧化铬粉、铁铝尖晶石粉、脱硅锆和六偏磷酸钠组成。本发明中，氧化铬粉的加入可赋予干式振捣料良好的抗渣侵蚀性能，脱硅锆与铁铝尖晶石粉的加入有助于明显改善干式振捣料的抗热震性能。因此，本发明干式振捣料用作与镍铁熔体接触的矿热炉炉底工作衬时，表现出耐高温性能好，抗热震性好，抗镍铁渗透及侵蚀能力强，使用寿命长等特点，对提高矿热炉的运转率、降低耐火材料消耗、降低能源消耗和生产成本效果明显。

1.  一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料，其特征为：按照重量比，由65-76份的优质镁砂、9-15份的合成镁钙铁砂、6-10份的烧结镁铬砂细粉、3-4份的氧化铬粉、3-4份的铁铝尖晶石粉、2-3份的脱硅锆粉和0.2-0.3份的六偏磷酸钠组成。

2.  根据权利要求1所述的一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料，其特征为：所述的优质镁砂的粒径不大于6mm，合成镁钙铁砂的粒径小于1mm，烧结镁铬砂细粉和铁铝尖晶石粉的粒径小于0.074mm，氧化铬粉和脱硅锆粉的粒径小于0.044mm。

3.  根据权利要求1或2所述的红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料的制备方法，其特征在于：按照权利要求1或2的要求选用各物料，然后将称取的氧化铬粉、脱硅锆粉、铁铝尖晶石粉、合成镁钙铁砂细粉和烧结镁铬砂细粉混合均匀后，再将混合料与优质镁砂颗粒混合，混合期间加入六偏磷酸钠，搅拌均匀后即制得产品。

一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料及制备方法
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，具体地说是一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料及制备方法。
背景技术
从2005年开始，中国已取代日本成为世界上镍消费量最大的国家。目前，品位高的硫化镍矿资源接近枯竭，而占镍储量70% 的低品位氧化镍矿( 红土镍矿) 资源丰富，开采成本低，可用以生产氧化镍、镍锍、镍铁等多种中间产品。因此，近年来红土镍矿资源的利用比例呈迅速上升趋势，我国于2008年组织实施的“重大产业技术开发专项”中，就包含了开发“高效利用低品位红土镍矿关键技术”。可见，开发红土镍矿高效利用技术，是我国镍工业发展的必然趋势。
红土镍矿处理工艺主要有湿法冶炼和火法冶炼两种，但目前世界范围内比较成熟的工艺仍以火法冶炼为主，其产品通常是含镍量不等的镍铁合金，可用作生产不锈钢、结构钢的重要原料。目前，我国镍铁冶炼主要采用高炉法和电炉（矿热炉）法两种工艺。但高炉冶炼工艺具有原料适应性差；镍铁品位低、质量难以满足炼钢要求；焦比高、能耗大；环境污染严重等缺点。相比而言，矿热炉冶炼工艺则在这些方面具有较大优势。所以，随着我国节能降耗、淘汰落后产能政策的实施，自2006年以来矿热炉已逐渐成为采用红土镍矿冶炼镍铁产品的主流设备。因此，矿热炉内衬材料的使用寿命，对于镍铁生产企业的节能降耗和经济效益显然具有十分重要的意义。
用于冶炼红土镍矿生产镍铁合金的矿热炉，目前其炉底工作衬材料的使用主要存在两种情况。一是使用定形制品，如碳砖、镁碳砖等，二是采用由合成镁钙铁砂为主要成分配成的干式镁质振捣料。在第一种情况下，不但砖的砌筑施工劳动强度大，施工慢，而且由于镍铁熔体比重大（约为7.9），粘度低，渗透性强，极易与碳反应，破坏砖体组织结构，并渗入砖缝向下侵蚀，直至拱起碳砖使之漂浮碎裂，导致炉衬的使用寿命很短，严重者只能维持一个月左右，就出现炉底被烧穿的情况。第二种情况实际上是直接移植电炉炼钢行业的做法，在此情况下虽然炉龄情况已有很大改观，但仍然不够理想，大多在6~12个月左右，其原因在于：镍铁熔体的比重大，粘度低，侵蚀性很强；而合成镁钙铁砂的低熔点相含量较高，在镍铁冶炼温度下生成的液相量较多，会造成衬体的抗侵蚀性降低。另外，现用干式镁质振捣料容易形成过厚的烧结层，抗热震性相当差，在矿热炉周期性的运行过程中，由于炉温的剧烈高低变化而容易产生热震裂缝，这样，就会更加剧镍铁熔体的渗透和侵蚀。
发明内容
为解决现有冶炼红土镍矿生产镍铁合金的矿热炉用干式镁质振捣料存在的使用寿命短、抗热震性能差的问题，本发明提供了一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料，按照重量比，由65-76份的优质镁砂、9-15份的合成镁钙铁砂、6-10份的烧结镁铬砂细粉、3-4份的氧化铬粉、3-4份的铁铝尖晶石粉、2-3份的脱硅锆粉和0.2-0.3份的六偏磷酸钠组成；
所述的优质镁砂颗粒的粒径不大于6 mm，合成镁钙铁砂颗粒的粒径小于1 mm，烧结镁铬砂细粉和铁铝尖晶石粉的粒径小于0.074mm，氧化铬粉和脱硅锆粉的粒径小于0.044mm。
该红土镍矿冶炼镍铁用矿热炉用的干式振捣料的制备方法为：按照上述的各物料的粒径和质量选取物料，然后将称取的氧化铬粉、脱硅锆粉、铁铝尖晶石粉与合成镁钙铁砂、烧结镁铬砂细粉混合均匀，然后将混合粉再与优质镁砂颗粒混合均匀，混合期间加入六偏磷酸钠，搅拌均匀后即制得产品。
本发明中，氧化铬粉为抗侵蚀剂，脱硅锆粉与铁铝尖晶石粉为改性剂，六偏磷酸钠为临时结合剂。
脱硅锆是以锆英石精矿为原料，以炭为还原剂，以Al₂O₃为助溶剂，在电弧炉内熔炼、经去硅富锆处理之后得到的一种耐火原料。本发明采用的脱硅锆原料中的ZrO₂含量≥93%，（SiO₂+ Al₂O₃）＜6%，其中ZrO₂全部以单斜相（m-ZrO₂）存在。脱硅锆和铁铝尖晶石的加入都有利于改善本发明的抗热震性。脱硅锆改善材料抗热震性的机理主要是所谓的微裂纹增韧，其原理在于：矿热炉升温时，单斜相氧化锆（m-ZrO₂）会在约1170℃左右向四方相氧化锆（t-ZrO₂）转变，并产生一定的体积收缩。当矿热炉冶炼结束出镍铁时，炉衬温度降低，在此过程中，炉衬材料中的t-ZrO₂便会重新转变为m-ZrO₂，相变伴随的体积膨胀和剪切应变会使m-ZrO₂周围产生大量微裂纹和微裂纹核。当这些微裂纹处于因热震产生的主裂纹前段作用区时，会吸收主裂纹的部分能量，增大主裂纹扩展所需能量，减轻主裂纹前端的应力集中，抑制主裂纹的进一步扩展，从而提高了材料的韧性和抗热震性。铁铝尖晶石改善材料抗热震性的机理完全得益于其所具有的优异特性。铁铝尖晶石是一种预合成的耐火原料，它具有较高的熔点(1780℃)、较低的热膨胀系数α值(25~900℃，8.2~9.0×10^-6℃^-1)、优异的热强度及抗断裂和抗剥落所需的高韧性和弹性，其断裂功比镁铬砖高很多, 是镁铝尖晶石或镁铝砖的6倍。因此，当把铁铝尖晶石加入到镁质耐火材料中时，能赋予镁质耐火材料良好的抗热震剥落能力，从而改善材料的抗热震性能。
有益效果：本发明提供的红土镍矿冶炼镍铁用矿热炉用干式振捣料，与现有矿热炉用干式振捣料相比，具有耐火度高，工作温度下产生的液相量较少，但又易于烧结、不至于形成过厚的烧结层等优点。其中，氧化铬粉的加入可赋予干式振捣料良好的抗渣侵蚀性能，脱硅锆与铁铝尖晶石粉的加入有助于明显改善干式振捣料的抗热震性能。因此，本发明干式振捣料用作与镍铁熔体接触的矿热炉炉底工作衬时，表现出耐高温性能好，抗热震性好，抗镍铁渗透及侵蚀能力强，使用寿命长等特点，对提高矿热炉的运转率、降低耐火材料消耗、降低能源消耗和生产成本效果明显。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料，按照重量比，分别取4份粒径小于0.044mm的氧化铬粉、2份粒径小于0.044mm的脱硅锆粉、3份粒径小于0.074mm的铁铝尖晶石粉与6份粒径小于0.074mm的烧结镁铬砂细粉、9份粒径小于1 mm的合成镁钙铁砂颗粒混合均匀，然后将混合后的物料与76份粒径不大于6mm的优质镁砂颗粒混合搅拌，并加入0.3份的六偏磷酸钠，搅拌均匀后即制得产品。
实施例2
一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料，按照重量比，分别取3份粒径小于0.044mm的氧化铬粉、2份粒径小于0.044mm的脱硅锆粉、4份粒径小于0.074mm的铁铝尖晶石粉与8份粒径小于0.074mm的烧结镁铬砂细粉、12份粒径小于1 mm的合成镁钙铁砂颗粒混合均匀，然后将混合后的物料与71份粒径不大于6mm的优质镁砂颗粒混合搅拌，并加入0.2份的六偏磷酸钠，搅拌均匀后即制得产品。
实施例3
一种红土镍矿冶炼镍铁的矿热炉用干式振捣料，按照重量比，分别取3份粒径小于0.044mm的氧化铬粉、3份粒径小于0.044mm的脱硅锆粉、4份粒径小于0.074mm的铁铝尖晶石粉与10份粒径小于0.074mm的烧结镁铬砂细粉、15份粒径小于1 mm的合成镁钙铁砂颗粒混合均匀，然后将混合后的物料与65份粒径不大于6mm的优质镁砂颗粒混合搅拌，并加入0.2份的六偏磷酸钠，搅拌均匀后即制得产品。