一种钒铁合金冶炼炉炉衬及其制备方法

摘要

本发明涉及钒铁炉打结技术领域，公开了一种钒铁合金冶炼炉炉衬及其制备方法。该方法包括：(1)将无机粘结剂和有机粘结剂进行混合，得到复合粘结剂；(2)将步骤(1)得到的复合粘结剂和镁砂混合，然后加水搅拌，得到湿打材料；(3)将湿打材料注入胎具中打结成型，然后移除胎具，对与胎具接触的表面喷洒液态粘结剂，然后晾干，接着进行富氧烘烤，得到钒铁合金冶炼炉炉衬。该方法使用新型的环保型无氯复合粘结剂，具有黏附能力强、安全环保和高效的特点，烘烤过程不会产生含氯化氢气体和酸雾，使得炉衬湿打结‑烘烤之后更加牢固和致密，消除了现场高温熬制含氯化镁卤水的准备环节，提高了冶炼收率，降低了冶炼渣中氧化镁的含量。

权利要求

1.一种钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将无机粘结剂和有机粘结剂进行混合，得到复合粘结剂；

(2)将步骤(1)得到的复合粘结剂和镁砂混合，然后加水搅拌，得到湿打材料；

(3)将湿打材料注入胎具中打结成型，然后移除胎具，对与胎具接触的表面喷洒液态粘结剂，然后晾干，接着进行富氧烘烤，得到钒铁合金冶炼炉炉衬；

其中，在步骤(1)中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为70～90重量％，所述有机粘结剂的的用量为10～30重量％；

在步骤(2)中，所述复合粘结剂的用量为所述镁砂总重量的2‑20重量％；

在步骤(1)中，所述无机粘结剂选自水合氧化铝、胶体氧化铝、柠檬酸镁和硬脂酸镁中的至少一种；

在步骤(1)中，所述有机粘结剂为羧甲基纤维素和/或预糊化淀粉；

在步骤(3)中，所述液态粘结剂为含有羧甲基纤维素的溶液。

2.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述镁砂含有50‑60重量％的细粒级镁砂、20‑30重量％的中粒级镁砂和10‑20重量％的粗粒级镁砂混合而成，其中，所述细粒级镁砂的粒径小于0.074㎜，所述中粒级镁砂的粒径为

0.074mm～1.18mm，所述粗粒级镁砂的粒径为1.40mm～2.36mm。

3.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述湿打材料的含水量为3～9重量％。

4.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，其特征在于，所述含有羧甲基纤维素的溶液中羧甲基纤维素的浓度为5～8重量％。

5.根据权利要求1所述的钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述富氧烘烤为在含氧助燃气氛下，使用煤气燃烧供热进行烘烤。

6.根据权利要求5所述的钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，其特征在于，所述富氧烘烤3

的具体过程包括：在含氧量为22‑35％的含氧助燃气氛下，在煤气流量为600～800Nm/h下3

烘烤2‑5h，然后在煤气流量为1200～1800Nm/h下烘烤3‑10h。

7.由权利要求1‑6中任意一项所述的方法制备的钒铁合金冶炼炉炉衬。

8.根据权利要求7所述的钒铁合金冶炼炉炉衬，其特征在于，所述钒铁合金冶炼炉炉衬3

的炉衬密度为2.95‑3.48g/cm，孔隙率为3‑12％。

说明书

一种钒铁合金冶炼炉炉衬及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及钒铁炉打结技术领域，具体涉及一种钒铁合金冶炼炉炉衬及其制备方法。

背景技术

[0002] 钒铁合金在冶炼过程中的还原产物为三氧化二铝，为了降低渣系熔点和粘度来充分回收渣中的钒元素，在冶炼过程中间加入了大量的氧化钙来进行造渣。镁质炉衬材料强度不够时，在高温下侵蚀消耗会导致渣中含有较高的氧化镁，同时也会导致钒氧化物和钒合金大量渗透进入耐火材料中。因此，改善炉衬材质也是提高钒冶炼收率的一个重点之一。

[0003] 专利申请201610323085.6公开了钒铁合金制备过程中浇铸锭模的打结方法，属于冶金领域。该浇铸锭模打结方法中以粒度区间0‑5mm和5‑10mm的镁砂和镁火泥为打结主料、粒度区间0‑10mm钒铁冶炼刚玉渣为打结辅料，与卤水混合得打结混配料，再将打结混配料按配比要求进行内外层打结。

[0004] 专利申请201510474486.7公开了一种钒铁合金冶炼用直筒炉炉衬的浇筑方法。所述浇筑方法包括以下步骤：将混合均匀的浇注料直接倒入直筒炉炉壳中，搅拌浇注料至炉底浇注料和炉侧壁浇注料紧实平整，风干后再进行烘烤，然后冷却后在炉底和炉侧壁对炉衬进行打结处理。

[0005] 专利申请201510514863.5公开了一种钒铁锭模的打结方法，该打结方法能够在锭模的内壁上形成致密的耐火层，减少钒铁在锭模里冷却的过程中易渗入到耐火层中的量，降低渗合金产生量。该打结方法包括步骤：1)采用打结料在钒铁锭模上打结一层耐火层；2)耐火层打结完成后，使用打结料在锭模内壁的耐火层上进行涂刷，直到涂刷完整个内壁；3)对耐火层上涂刷的打结料进行烘烤，烘干为止。

[0006] 因此，当前钒铁冶炼炉的打结材料主要为镁砂和氯化镁，通过采用湿打结工艺获得一定强度的内衬，其本质是利用了氯氧镁水泥的气硬性固化机理。水与MgO反应本来比较缓慢，但当水溶液中有MgCl2存在，则可加速Mg(OH)2的溶解，促进镁砂的水化，使Mg(OH)2得以大量形成，从而使耐火材料内可形成连续的结晶体骨架结构，使强度提高。生产现场常用氯化镁熬制卤水，在80℃条件下熬制3‑4个小时。但是，这种打结料的卤水熬制过程和打结制备出来的炉衬在烘烤过程都不可避免地会释放含有HCl气体的水蒸气，不利于工人身体健康，而且还加速厂区钢结构装置的电化学腐蚀。

发明内容

[0007] 本发明的目的是为了克服现有技术存在的炉衬制备过程中采用采用氯化镁粘结剂造成的效果差、不环保，以及冶炼渣中氧化镁含量过高、冶炼收率低等问题问题，提供一种钒铁合金冶炼炉炉衬及其制备方法。

[0008] 为了实现上述目的，本发明一方面提供一种钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，所述方法包括以下步骤：

[0009] (1)将无机粘结剂和有机粘结剂进行混合，得到复合粘结剂；

[0010] (2)将步骤(1)得到的复合粘结剂和镁砂混合，然后加水搅拌，得到湿打材料；

[0011] (3)将湿打材料注入胎具中打结成型，然后移除胎具，对与胎具接触的表面喷洒液态粘结剂，然后晾干，接着进行富氧烘烤，得到钒铁合金冶炼炉炉衬；

[0012] 其中，在步骤(1)中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为70‑90重量％，所述有机粘结剂的的用量为10‑30重量％；

[0013] 在步骤(2)中，所述复合粘结剂的用量为所述镁砂总重量的2‑20重量％。

[0014] 优选地，在步骤(1)中，所述无机粘结剂选自水合氧化铝、胶体氧化铝、柠檬酸镁和硬脂酸镁中的至少一种。

[0015] 优选地，在步骤(1)中，所述有机粘结剂为羧甲基纤维素和/或预糊化淀粉。

[0016] 优选地，在步骤(2)中，所述镁砂含有50‑60重量％的细粒级镁砂、20‑30重量％的中粒级镁砂和10‑20重量％的粗粒级镁砂混合而成，其中，所述细粒级镁砂的粒径小于0.074㎜，所述中粒级镁砂的粒径为0.074mm～1.18mm，所述粗粒级镁砂的粒径为1.40mm～
2.36mm。

[0017] 优选地，在步骤(2)中，所述湿打材料的含水量为3‑9重量％。

[0018] 优选地，在步骤(3)中，所述液态粘结剂为含有羧甲基纤维素的溶液。

[0019] 优选地，所述含有羧甲基纤维素的溶液中羧甲基纤维素的浓度为5‑8重量％。

[0020] 优选地，在步骤(3)中，所述富氧烘烤为在含氧助燃气氛下，使用煤气燃烧供热进行烘烤；

[0021] 优选地，所述富氧烘烤的具体过程包括：在含氧量为22‑35％的含氧助燃气氛下，3 3
在煤气流量为600～800Nm /h下烘烤2‑5h，然后在煤气流量为1200～1800Nm/h下烘烤3‑
10h。

[0022] 本发明第二方面提供上述方法制备的钒铁合金冶炼炉炉衬。

[0023] 优选地，所述钒铁合金冶炼炉炉衬的炉衬密度为2.95‑3.48g/cm3，孔隙率为3‑12％。

[0024] 本发明提供了一种新的无氯打结‑富氧烘烤钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，该方法使用新型的环保型无氯复合粘结剂替代传统的氯化镁粘结剂，具有黏附能力强、安全环保和高效的特点，烘烤过程不会产生含氯化氢气体和酸雾，使得炉衬湿打结‑烘烤之后更加牢固和致密，消除了现场高温熬制含氯化镁卤水的准备环节，提高了冶炼收率，降低了冶炼渣中氧化镁的含量。可应用在钒铁冶炼行业，特别是用于钒铁合金炉衬或液态刚玉渣盛装容器内衬的制备，具有显著的创新性和实用性。

具体实施方式

[0025] 以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0026] 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

[0027] 本发明一方面提供一种钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法，所述方法包括以下步骤：

[0028] (1)将无机粘结剂和有机粘结剂进行混合，得到复合粘结剂；

[0029] (2)将步骤(1)得到的复合粘结剂和镁砂混合，然后加水搅拌，得到湿打材料；

[0030] (3)将湿打材料注入胎具中打结成型，然后移除胎具，对与胎具接触的表面喷洒液态粘结剂，然后晾干，接着进行富氧烘烤，得到钒铁合金冶炼炉炉衬；

[0031] 其中，在步骤(1)中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为70‑90重量％，所述有机粘结剂的的用量为10‑30重量％；

[0032] 在步骤(2)中，所述复合粘结剂的用量为所述镁砂总重量的2‑20重量％。

[0033] 在本发明中，所述钒铁合金冶炼炉是指：钒铁合金冶炼所需的冶金反应容器，沿直径方向由外到内主要包括钢壳、砌砖、镁质炉衬三部分。

[0034] 在本发明中，采用环保型无氯粘结剂替代传统的氯化镁粘结剂，并与特定比例的镁砂配合使用，提高了炉衬的冶炼收率，降低了冶炼渣中氧化镁的含量。

[0035] 在具体的实施方式中，在步骤(2)中，所述复合粘结剂的用量可以为所述镁砂总重量的2重量％、4重量％、6重量％、8重量％、10重量％、12重量％、14重量％、16重量％、18重量％或20重量％。

[0036] 在具体的实施方式中，在步骤(1)中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量可以为70重量％、75重量％、80重量％、85重量％或90重量％，所述有机粘结剂的的用量为10重量％、15重量％、20重量％、25重量％或30重量％。

[0037] 在优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述无机粘结剂选自水合氧化铝、胶体氧化铝、柠檬酸镁和硬脂酸镁中的至少一种。

[0038] 在优选的实施方式中，在步骤(1)中，所述有机粘结剂为羧甲基纤维素和/或预糊化淀粉。

[0039] 在本发明中，所述镁砂为冶金级镁砂和/或电熔镁砂。

[0040] 在优选的实施方式中，在步骤(2)中，所述镁砂含有50‑60重量％的细粒级镁砂、20‑30重量％的中粒级镁砂和10‑20重量％的粗粒级镁砂混合而成，其中，所述细粒级镁砂的粒径小于0.074㎜，所述中粒级镁砂的粒径为0.074mm～1.18mm，所述粗粒级镁砂的粒径为1.40mm～2.36mm。

[0041] 在优选的实施方式中，在步骤(2)中，所述湿打材料的含水量为3‑9重量％。具体的，所述湿打材料的含水量可以为3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％或9重量％。

[0042] 在优选的实施方式中，在步骤(3)中，所述液态粘结剂为含有羧甲基纤维素的溶液。

[0043] 进一步优选地，所述含有羧甲基纤维素的溶液中羧甲基纤维素的浓度为5‑8重量％。

[0044] 在本发明中，对于炉衬制备所使用的胎具的形状和大小没有特定的要求，可以按照需要选择合适的胎具。

[0045] 在优选的实施方式中，在步骤(3)中，所述富氧烘烤为在含氧助燃气氛下，使用煤气燃烧供热进行烘烤。

[0046] 进一步优选地，所述富氧烘烤的具体过程包括：在含氧量为22‑35％的含氧助燃气3 3
氛下，在煤气流量为600～800Nm/h下烘烤2‑5h，然后在煤气流量为1200～1800Nm /h下烘烤
3‑10h。

[0047] 在本发明中，所述煤气可以为焦炉煤气、高炉煤气或转炉煤气。

[0048] 本发明第二方面提供上述方法制备的钒铁合金冶炼炉炉衬。

[0049] 优选地，所述钒铁合金冶炼炉炉衬的炉衬密度为2.95‑3.48g/cm3，孔隙率为3‑12％。

[0050] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

[0051] 实施例1

[0052] (1)将无机粘结剂(水合氧化铝)和有机粘结剂(羧甲基纤维素)进行混合，得到复合粘结剂；其中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为90重量％，所述有机粘结剂的的用量为10重量％；

[0053] (2)将步骤(1)得到的复合粘结剂和冶金级镁砂(所述镁砂含有50重量％的细粒级镁砂、30重量％的中粒级镁砂和20重量％的粗粒级镁砂混合而成，其中，所述细粒级镁砂的粒径小于0.074㎜，所述中粒级镁砂的粒径为0.074mm～1.18mm，所述粗粒级镁砂的粒径为1.40mm～2.36mm)混合，控制复合粘结剂重量占镁砂重量的11％，然后加水搅拌，得到含水量为6重量％的湿打材料；

[0054] (3)将湿打材料注入胎具中打结成型，然后移除胎具，对与胎具接触的表面喷洒含有5重量％羧甲基纤维素的溶液，然后晾干，接着进行烘烤(在含氧量为35％的含氧助燃气3 3
氛下，在焦炉煤气流量为800Nm/h下烘烤5h，然后在焦炉煤气流量为1200Nm/h下烘烤10h)，烘烤过程无含氯化氢腐蚀性气体产生，得到钒铁合金冶炼炉炉衬。

[0055] 实施例2

[0056] (1)将无机粘结剂(所述无机粘结剂含有50转炉％的胶体氧化铝、25转炉％的柠檬酸镁和25转炉％的硬脂酸镁)和有机粘结剂(预糊化淀粉)进行混合，得到复合粘结剂；其中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为90重量％，所述有机粘结剂的的用量为10重量％；

[0057] (2)将步骤(1)得到的复合粘结剂和电熔镁砂(所述镁砂含有60重量％的细粒级镁砂、20重量％的中粒级镁砂和20重量％的粗粒级镁砂混合而成，其中，所述细粒级镁砂的粒径小于0.074㎜，所述中粒级镁砂的粒径为0.074mm～1.18mm，所述粗粒级镁砂的粒径为1.40mm～2.36mm)混合，控制复合粘结剂重量占镁砂重量的20％，然后加水搅拌，得到含水量为9重量％的湿打材料；

[0058] (3)将湿打材料注入胎具中打结成型，然后移除胎具，对与胎具接触的表面喷洒含有5重量％羧甲基纤维素的溶液，然后晾干，接着进行烘烤(在含氧量为22％的含氧助燃气3 3
氛下，在高炉煤气流量为800Nm/h下烘烤2h，然后在高炉煤气流量为1200Nm /h下烘烤3h)，烘烤过程无含氯化氢腐蚀性气体产生，得到钒铁合金冶炼炉炉衬。

[0059] 实施例3

[0060] (1)将无机粘结剂(柠檬酸镁)和有机粘结剂(预糊化淀粉)进行混合，得到复合粘结剂；其中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为80重量％，所述有机粘结剂的的用量为20重量％；

[0061] (2)将步骤(1)得到的复合粘结剂和电熔镁砂(所述镁砂含有60重量％的细粒级镁砂、20重量％的中粒级镁砂和20重量％的粗粒级镁砂混合而成，其中，所述细粒级镁砂的粒径小于0.074㎜，所述中粒级镁砂的粒径为0.074mm～1.18mm，所述粗粒级镁砂的粒径为1.40mm～2.36mm)混合，控制复合粘结剂重量占镁砂重量的20％，然后加水搅拌，得到含水量为9重量％的湿打材料；

[0062] (3)将湿打材料注入胎具中打结成型，然后移除胎具，对与胎具接触的表面喷洒含有5重量％羧甲基纤维素的溶液，然后晾干，接着进行烘烤(在含氧量为22％的含氧助燃气3 3
氛下，在转炉煤气流量为800Nm/h下烘烤2h，然后在转炉煤气流量为1200Nm /h下烘烤3h)，烘烤过程无含氯化氢腐蚀性气体产生，得到钒铁合金冶炼炉炉衬。

[0063] 实施例4

[0064] (1)将无机粘结剂(硬脂酸镁)和有机粘结剂(羧甲基纤维素)进行混合，得到复合粘结剂；其中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为70重量％，所述有机粘结剂的的用量为30重量％；

[0065] (2)将步骤(1)得到的复合粘结剂和电熔镁砂(所述镁砂含有50重量％的细粒级镁砂、30重量％的中粒级镁砂和20重量％的粗粒级镁砂混合而成，其中，所述细粒级镁砂的粒径小于0.074㎜，所述中粒级镁砂的粒径为0.074mm～1.18mm，所述粗粒级镁砂的粒径为1.40mm～2.36mm)混合，控制复合粘结剂重量占镁砂重量的2％，然后加水搅拌，得到含水量为9重量％的湿打材料；

[0066] (3)将湿打材料注入胎具中打结成型，然后移除胎具，对与胎具接触的表面喷洒含有8重量％羧甲基纤维素的溶液，然后晾干，接着进行烘烤(在含氧量为22％的含氧助燃气3 3
氛下，在焦炉煤气流量为800Nm/h下烘烤2h，然后在焦炉煤气流量为1200Nm /h下烘烤3h)，烘烤过程无含氯化氢腐蚀性气体产生，得到钒铁合金冶炼炉炉衬。

[0067] 对比例1

[0068] 使用氯化镁为粘结剂制备的传统的炉衬，制备过程为：首先准备卤水熬制所需原料，将氯化镁加入自来水中，高温加热至80摄氏度左右，熬煮4h，得到卤水，然后倒入打结用镁砂中混匀，通过常规的打结‑烘烤成型，获得钒铁炉衬。

[0069] 对比例2

[0070] 采用实施例2所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(2)中，控制复合粘结剂重量占镁砂重量的22％。

[0071] 对比例3

[0072] 采用实施例4所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(2)中，控制复合粘结剂重量占镁砂重量的1％。

[0073] 对比例4

[0074] 采用实施例2所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(1)中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为95重量％，所述有机粘结剂的的用量为5重量％。

[0075] 对比例5

[0076] 采用实施例4所述的方法进行实施，与之不同的是，在步骤(1)中，以所述无机粘结剂和有机粘结剂的总重量为100％计，所述无机粘结剂的用量为65重量％，所述有机粘结剂的的用量为35重量％。

[0077] 测试例

[0078] 1、采用称重‑蜡封体积法和树脂定型显微切片观结合图像分析软件Image J或Image Pro plus分析的方法分别对实施例和对比例制得的炉衬的炉衬密度和孔隙率进行检测，结果如表1所示。

[0079] 表1

[0080]编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4  
3
炉衬密度g/cm 3.48 2.95 3.48 2.95  
孔隙率％ 3 5 12 3  
编号 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
3
炉衬密度g/cm 2.45 2.64 2.42 2.13 2.47
孔隙率％ 15 14 16 18 21

[0081] 由上述结果可知，采用本发明所述的钒铁合金冶炼炉炉衬的制备方法有效地提升了炉衬密度，显著降低了炉衬孔隙率，有助于减少液态熔渣和金属的浸润侵蚀。

[0082] 2、将实施例和对比例制得的炉衬置于相同型号的钒铁合金冶炼炉中，使用相同的冶炼原料，在相同的条件下进行冶炼。对冶炼得到的冶炼渣中氧化镁的含量以及冶炼收率进行检测，结果如表2所示。

[0083]编号 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4  
冶炼收率％ 96.85 96.91 97.01 96.58  
MgO含量％ 8.13 5.24 5.14 8.43  
编号 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
冶炼收率％ 95.48 95.61 95.87 95.88 95.76
MgO含量％ 12.56 15.43 14.36 11.86 13.49

[0084] 由上述结果可知，采用本发明所述的方法制备的钒铁合金冶炼炉炉衬可以有效的降低冶炼渣中氧化镁的含量，并且同时可以提高冶炼收率。

[0085] 以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。