鑒于很多資源的不可再生性,資源對所有的國家都非常重要。因此,如果用后耐火材料能得到充分、有效地利用,可減少我國耐火材料礦物的開采,降低耐火材料原料制備過程的生產(chǎn)費用和能耗,節(jié)約耐火材料原料的運輸成本,有利于節(jié)約資源、節(jié)能和環(huán)保,具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
國外對耐材的回收利用起步較早發(fā)達國家非常重視對用后耐火材料的再利用,甚至制定法令法規(guī),嚴格限制用后耐火材料的排放量,極大地促進了對用后耐火材料再利用的研究,用后耐火材料再利用率已達到60%以上,且還在不斷提高。
日本有的鋼廠以廢舊耐火磚為主原料,開發(fā)出了鋼包底周邊搗打料、鋼包澆注料以及定型產(chǎn)品。例如,用85%再生料和15%的新料生產(chǎn)出的電爐熔池部位用不燒鎂磚,以90%的再生料和10%新料生產(chǎn)出的電爐渣線用鎂碳磚,以及全部用再生料生產(chǎn)出的RH底燒成鎂鉻磚等。
黑崎公司利用廢舊的剛玉石墨制品做原料開發(fā)了浸入式水口磚;鹿島鋼鐵公司開發(fā)了滑板磚的二次利用工藝,采用表面打磨、澆注料澆注復原法、圓環(huán)鑲嵌法,使修復后的滑板達到了新滑板相同的使用效果,而出鐵溝的廢舊耐火材料也被重復使用,主要用作A12O3-SiC-C質(zhì)澆注料的骨料;大同特鋼公司知多廠針對大量用后耐火磚廢棄占地增大的問題,進行了廢磚循環(huán)使用技術(shù)的開發(fā),通過將廢磚用作原料的方法和將廢磚分類、粉碎加工后,調(diào)整成分和粒度再做耐火材料,選擇含MgO-C、A12O3-MgO-C鋼包廢磚替代輕燒白云石作為LF(鋼包精煉爐)造渣料,通過工業(yè)性試驗,在成渣性、脫硫速度方面的精煉能力優(yōu)良,且操作過程中鋼液不沸騰,達到了預期的試驗效果。新日鐵針對目前作為廢棄處理的用后耐火材料,正準備采取破碎篩分成粉料,在用熔化粉粒爐將其再生為氧化渣,實現(xiàn)用后耐火材料的100%循環(huán)使用。
美國以前將廢棄耐火材料少量回收,其余幾乎全被掩埋。1998年,美國能源部、工業(yè)技術(shù)部和鋼鐵生產(chǎn)者聯(lián)合制定了3年計劃,以延長耐火材料的使用壽命和回收利用廢棄耐火材料。政府支持企業(yè)和研究機構(gòu)合作,加強了對用后耐火材料的研究,可應用的范圍是脫硫劑、爐渣改質(zhì)劑(造渣劑)、濺渣護爐添加劑、鋁酸鈣水泥的原料、耐火混凝土骨料、鋪路料、陶瓷原料、玻璃工業(yè)原料、屋頂建筑用粒狀材料、磨料、土壤改質(zhì)劑等。耐火材料廠與用戶的合作,使廢棄耐火材料量減至最少。美國還對用后白云石磚作為土壤調(diào)節(jié)劑和造渣劑進行了研究,取得了良好的效果。
印度最早開展廢棄耐火材料的研究工作可追溯到1978年,首先是在鋼管公司開展的——利用印度鋼管公司(現(xiàn)為太鋼鋼管分公司)加熱爐產(chǎn)生的廢棄高鋁磚(60%~62%氧化鋁)生產(chǎn)可澆注材料(56%氧化鋁)、灰泥(50%氧化鋁)和耐火可塑料。其中所開發(fā)的可澆注材料常用于生產(chǎn)燒嘴磚、阻尼器、瓦片等,并能滿足行業(yè)內(nèi)部要求。
國內(nèi)用后耐材再利用率待提高近年來,國內(nèi)各大鋼廠和大部分耐火材料廠,都十分重視耐火材料的回收及再利用,不斷開展各方面研究及應用。
寶鋼用后耐火材料再利用工作進行得較好,高爐主溝澆注料已全部回收,用作渣溝澆注料的原料,對用后鎂碳磚進行再生處理后制備的再生鎂碳磚具有抗氧化、抗渣性能強、使用壽命長等優(yōu)勢。
武鋼將用后鋁鎂碳殘磚經(jīng)分類、清除雜質(zhì)后,人工將黏渣層和過渡層鏟除并進行磁選和水化處理,用顎式破碎機將物料破碎至25毫米以下,最后用錘式破碎機加工成所需要的粒度,制備再生鋁鎂碳磚。
濟鋼用鋁碳質(zhì)耐火材料(廢棄滑板磚、座磚、水口、塞棒)用于鐵溝搗打料來代替其中部分高鋁料。以用后鎂鉻磚為原料并按一定比例加入到RH爐噴補料里,使用效果良好。同時,制備的再生鎂鉻磚性能較好,在水泥窯和RH爐的非關(guān)鍵部位有較好的應用前景。
重鋼新區(qū)鋼產(chǎn)量達650萬噸/年,用后耐火材料回收量約6萬噸,主要用于生產(chǎn)再生鎂碳磚(以轉(zhuǎn)爐和鋼包渣線用后鎂碳磚為原料,經(jīng)過揀選、除去表面雜質(zhì)、水化等處理后進行鎂碳磚再生)、再生鎂鉻磚(將用后鎂鉻磚按一定比例加入到RH的噴補料里)、鋼包內(nèi)襯廢鎂鋁尖晶石澆注料重新利用(將回收的鋼包內(nèi)襯廢鎂鋁尖晶石澆注料,以一定比例加水玻璃結(jié)合鎂鋁尖晶石澆注料中,取代原澆注料中的部分新料,不影響原澆注料的使用性能)、鋁碳化硅質(zhì)鐵溝料等(利用廢棄鐵溝料生產(chǎn)的鋁碳化硅碳質(zhì)再生料,用于鋁碳化硅碳轉(zhuǎn)的生產(chǎn))。
鞍鋼采用鋼包內(nèi)襯用后鋁鎂澆注料作為原料,制備混鐵爐水套內(nèi)襯與中間包永久層澆注料,不僅滿足了使用性能的要求,而且使中間包永久層使用壽命提高40爐次。
雖然部分企業(yè)在耐火材料的回收及再利用方面進行了研究和應用,但總體來看,我國對用后耐火材料再利用的研究起步較晚,再利用率依然偏低。據(jù)有關(guān)報道,我國用后耐火材料的再利用率約20%。即使利用的部分,也是以降低產(chǎn)品質(zhì)量為代價的。
用后耐材的處理工藝由于耐火材料品種復雜,使用的原材料多樣,造成用后耐火材料種類多樣。對用后耐火材料的處理,應從耐火材料的侵蝕情況、使用部位、耐火材料的種類等方面考慮采用不同的處理工藝。
目前,國內(nèi)的鋼廠往往把用后耐火材料進行統(tǒng)一堆放處理,這就造成不同品種、不同等級的耐火材料混雜在一起,分類揀選較困難,不利于耐火材料的再生利用。因此,對用后耐火材料的處理應從以下幾方面考慮:
一是鋼廠應根據(jù)使用部位和品種的不同,對用后耐火材料進行分類堆放,便于進行揀選,防止混雜和有害物質(zhì)進入。
二是對分類堆放的用后耐火材料,應根據(jù)燒結(jié)程度及侵蝕情況進行分別處理。首先進行人工揀選,去掉耐火材料表面的鐵、鋼、渣等。
三是對不同耐火材料用后侵蝕情況及結(jié)合強度,采用不同的方法進行分別處理。
四是對滑板等功能原件,由于少量損壞而廢棄的,可將侵蝕部位去除,進行復合處理,制備出新制品再利用。
為提高用后耐火材料的再利用率,耐火材料的科研人員應將研究的重點放于耐火材料的再生處理工藝上及再生處理使用的特制生產(chǎn)設備,對不同品種采用不同的處理工藝,對用后耐火材料的非工作層進行加工處理,以制備出高檔的再生耐火材料原料。
用后耐材再生利用方法和技術(shù)精料精用。經(jīng)處理后的用后耐火材料顆粒,優(yōu)先考慮再生主要耐火材料制品,細粉考慮其他用途,如用后鎂碳磚→處理→顆粒→再生鎂碳磚或→細粉→轉(zhuǎn)爐修補料等工藝方法。
再生原來產(chǎn)品。如用后鎂鋁磚再生鎂鋁磚,用后鎂鉻磚再生鎂鉻磚。
再生其他產(chǎn)品。如用后滑板再生用于主溝料,用后鎂鉻磚再生用于引流沙。
降級使用。如鋼包工作襯用后鋁鎂澆注料再生用于鋼包永久襯澆注料,用后主溝料再生用于鐵溝料。
消除假顆粒技術(shù)。可采用特殊處理設備,如處理用后鎂碳磚特制碾壓設備,消除假顆粒以上;采用特殊工藝,如水浸+攪拌+溫度。
分離、提純技術(shù)。采用風選分離細粉,如通過風選將用后鎂碳磚石墨收集。采用選礦技術(shù),對用后耐火材料進行提純。
再生工藝技術(shù)。根據(jù)用后耐火材料再生原料特點,采取相應工藝生產(chǎn)再生制品。如顆粒級配、混煉時間、結(jié)合劑種類、用量、成型壓力等都要相應加以改變。
用后耐材再利用應注意的問題用后耐火材料來源。要清楚是什么高溫容器、什么部位、什么材質(zhì)、什么化學成分、什么相組成的用后耐火材料。
物料成分的均化處理。耐火制品等級較多,所使用的原料等級也不同,造成相同的用后耐火材料制備的再生料化學成分具有一定偏差,因此應該對再生料進行均化處理,降低再生料由于化學成分的不同對再生制品性能的影響。
假顆粒的去除。假顆粒的氣孔率大,物料的結(jié)合程度相對于新料松散,用于制備再生制品,會嚴重影響制品性能,在生產(chǎn)中應嚴格控制工藝,降低假顆粒含量。
再生料生產(chǎn)時結(jié)合劑的選擇。由于再生料表面性狀發(fā)生變化,再制備再生磚時,應根據(jù)再生料的情況選擇合適的結(jié)合劑及加入量進行生產(chǎn)。
無害化再利用。對用后耐火材料中存在有害物質(zhì)的必須無害化后再利用,如對于含有Cr6+的用后鎂鉻磚,只有將Cr6+變成Cr3+才能應用。
此外,用后耐火材料再利用還應在以下幾方面加以注意:形成陶瓷相結(jié)合的用后耐火材料的處理比較難,要采取相應特殊工藝進行處理。有些鋼廠用后耐火材料混級堆放,由于成分復雜,只能降級使用。用后耐火材料組成、礦相、結(jié)構(gòu)肯定發(fā)生變化,對再生耐火材料質(zhì)量有較大影響,必須給予充分注意,要采取相應措施,保證再生產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。要考慮對用后耐火材料處理的成本問題,采用的方法、工藝要有實際應用價值。要考慮再生耐火材料對鋼水質(zhì)量的影響,加強對有害成分的控制。
展望用后耐火材料再利用今后的發(fā)展,會有以下幾方面趨勢:采用各種技術(shù)對用后耐火材料進行科學處理,有效分離出各級顆粒及細粉,作為再生制品原料加以使用;根據(jù)用后耐火材料種類不同,采取相應技術(shù)和設備,最大限度消除假顆粒,提高再生耐火材料質(zhì)量;為保證再生產(chǎn)品質(zhì)量,根據(jù)再生原料特點,采用階梯式模式,按級使用;既要再生各種耐火材料,也要考慮其他領(lǐng)域應用。同時,作為重要的二次資源,國家可針對用后耐火材料制定相關(guān)政策,限制用后耐火材料長期堆放,鼓勵鋼廠、耐火材料企業(yè)對用后耐火材料開展各方面研究。
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