中间包涂抹料的生产工艺优化

闫 芳

（新疆八钢佳域工贸总公司）

1 前言

镁砂是一种高级耐火材料，镁砂的用途随着镁砂工业的发展越来越受到人们的重视。中档烧结镁砂在中间包涂抹料中已被广泛应用，但近年来由于矿石品位下降和燃料价格上涨，中档烧结镁砂质量有所下降且价格逐年攀升，中间包涂抹料成本日益增高。为了降低中间包涂抹料成本，一些生产厂尝试用重烧镁砂替代中档镁砂。重烧镁砂是选用天然菱镁矿石，经高温竖窑煅烧加热至1400～1800℃时，Mg(CO3)完全分解生成方镁石，成为坚硬红褐色的重烧镁砂，它具有很高的耐火度，主成分MgO和主要杂质成分CaO、SiO2。主要组成位于MgO-CaO-SiO2三元系中。形成的共存矿物为方镁石（MgO）、镁橄榄石（M2S）、钙镁橄榄石（CMS）、镁硅钙石（C3MS2）、硅酸二钙（C2S）、镁铝尖晶石（MA）。如果 n（CaO）/n（SiO2）＞2，还可能有硅酸三钙等。方镁石对含CaO和铁氧的碱性渣有很强的抵抗性，是生产不定型耐火材料的理想原料之一。

结合重烧镁砂良好的使用性能，也可在中间包涂抹料中添加镁橄榄石，镁橄榄石矿物与MgO发生反应，形成更多的橄榄石相（M2S），针状结晶，晶格强度大，熔点为1890℃，高温强度高，镁橄榄石发生再结晶过程并形成粗大的镁橄榄石骨架，改善高温使用性能，对含铁碱性渣稳定性好[1-4]。为降低生产成本八钢佳域保温材料厂采用重烧镁砂和镁橄榄石，并对中间包涂抹料生产的工艺进行了优化。

2 主要原料选用

中间包涂抹料在使用过程中会发生一定的热负荷反应，导致涂抹料烧结，中间包翻包困难，永久层寿命降低，增加耐火材料的综合消耗。为了降低热负荷反应，要求涂抹料在接触钢水的瞬间迅速烧结，形成坚固的整体结构，耐钢水冲刷和侵蚀又不污染钢水。涂抹料在使用时产生烧结，主晶相为低熔点的钙镁橄榄石（CMS），所以选用重烧镁砂（主晶相为方镁石）时，严格控制氧化钙含量，要求小于2.0%，氧化硅大于1.6%，氧化镁为93%、C/S比小于0.5，既满足迅速形成烧结层，又具有高的耐火度。

方镁石常呈立方体、八面体或不规则粒状，立方体解理完全，密度 3.56～3.65g/cm3，硬度为 5.5，熔点为2800℃，在1800～2400℃显著挥发：

MgO(s)=Mg（g）+1/2O2（g）

MgO(s)=MgO(g)

在高温时（1540℃）氧化镁和各种耐火材料之间不起反应或弱反应，对含有CaO和FeO的碱性渣有极好的抵抗性。

纯净的镁橄榄石熔点为1890℃。镁橄榄石结构中各向键力相差不大，在形态上大致呈三向等长庄，解理差。常见的形态为粒状集合体或块状体。颜色为白、淡黄、淡绿。硬度大 （6.5～7），密度3.22～3.33g/cm3，熔点高（1890℃），并且从常温至熔点间无晶型转变，晶型稳定，是耐火材料的良好组成矿物。主晶相除M2S外（含量65%～75%），还有相当数量约0～15%的铁酸镁及其他矿物，强烈影响橄榄石高温性能，铁橄榄石熔点较低(1205℃)含量不宜过高，以FeO(质量分数)计不宜超过10%。M2S的结晶颗粒很大并形成结构骨架。其他矿物不以结合物形式存在，而是以包裹的形式存在于镁橄榄石晶体的裂缝之中，加之游离的SiO2存在。因此选择天然、优质的镁橄榄石做耐火材料时，在原料中加入镁砂可以获得良好的矿物组成-镁橄榄石。重烧镁砂与天然镁橄榄石在1450℃时发生以下反应(如果加热产物中有SiO2，还可发生反应)，

Mg SiO3+MgO→Mg2SiO4

SiO2+2MgO→Mg2SiO4

镁橄榄石Mg2SiO4的形成发应在1450℃基本完成，再经过1650℃～1700℃高温后，镁橄榄石会有再结晶过程并形成粗大的镁橄榄石骨架，达到更好的耐高温效果。中间包涂抹料的主要原料化学成分见表1。

表1 中间包涂抹料主原料化学组成,%

表1 中间包涂抹料主原料化学组成,%

原料 MgO SiO2 CaO Fe2O3 Al2O3 灼减重烧镁砂 93.51 3.85 1.71 0.23镁橄榄石 37.84 44.49 4.9硅微粉 93.34 2.46

3 工艺改进

3.1 工艺流程设计及改进

主料设备参数：10m3储气罐2台、仓泵2台、15m3主料仓10个、传感式称量斗2个，750型混合机2台，自动包装线2条。添加剂设备：5m3储气罐1台、仓泵1台、添加剂秤仓8个。生产线2条：1#、2#线。涂抹料生产工艺流程如图1所示。

图1 涂抹料生产工艺流程图

涂抹料前期的生产工艺采用单一的搅拌机混合，人工配料、称料，用电动葫芦上料，手工加料，因整个生产过程中劳动强度大，粉尘污染严重，生产效率较低。改进后的中间包涂抹料的生产工艺采用工业自动化控制，配料系统使用三菱系列PLC可编程控制器配合工控机端MCGS模拟画面，实现自动化电脑控制。通过两个主料加料口向系统发送仓加主料，加料口安装除尘器，可以有效减少拆袋加料时产生的灰尘。加料口装有过滤网，可以避免原料中的结块或其它异物进入输送系统造成堵塞。输送系统由供气系统气罐所储存的压缩空气提供打料气源。多台空压机的设计保证了气源的稳定。分别用1#、2#生产线生产镁质和镁橄榄石质涂抹料，利用压缩空气将主要生产原料及添加剂通过发送仓分别输送至各个生产线对应料仓，采用压力传感器式称量斗依次进行主料的累计称量配重，添加剂料仓采用仓秤自称量式料仓，使用减重式配料方案。当主料进入混合机后,添加剂料仓立即启动，添加剂料仓利用星形卸料阀进行减重式配料,通过星形卸料阀直接进入混合机与主料进行混合，通过行星式搅拌机混匀后进入过渡料仓，采用自动包装线，根据使用需要选择吨袋和小袋包装。整个生产过程流畅有序，涂抹料配料混合无缝衔接，低污染，精度高，成品合格率高，保证了其稳定的使用性能。

3.2 粒度级配及配方设计优化

为了达到更好的使用效果，原料的粒度组成起到至关重要的作用。通过细化配方粒度级配，试验了多组不同原料组成和粒度级配试样，对理化性能和施工性能进行研究分析，最终确定涂抹料的最佳粒度级配。根据以往生产涂抹料的经验，设计两组配方，分别由主原料、结合剂、外添加剂组成，结合剂选用微米级的硅微粉和广西白泥，使涂抹料具有良好的活性、可塑性。广西白泥为软质粘土，在水中易分散，有较高的可塑性。涂抹料的结合系统主要是加入了木质素磺酸钙，利用其减水性有效改善粘结性，并加入膨润土与之进行阳离子交换，有效形成胶体，防止龟裂，增加自然干燥强度；加入磷酸二氢铝调节酸碱度，PH保持在6.5～7，改善涂抹料的硬化效果，提高附着率，减少坍塌。添加有机纤维，防止干燥时发生裂纹、烘烤时发生爆裂。根据炼钢工艺需要，分别研制了以重烧镁砂为主料的镁质涂抹料和以重烧镁砂和镁橄榄石为主的镁橄榄石质涂抹料。

镁质涂抹料采用三级配料（见表 2），分别为1～2.5mm、0.088～1mm、小于 0.088mm。

表2 镁质涂抹料试样配比

镁橄榄石质涂抹料采用四级配料（见表3），分别为1～3mm、0.5～1.0mm、0～0.5mm、小于 0.088mm。

3.3 试验过程

按照表2、表3配方分别制作相应的试样，试样编码为1#、2#和3#。先称量2kg物料、混合均匀；再量取适量水加入拌和均匀，加水量约18%～25%，加水时根据原料吸水性及干湿加入，以不粘抹子为标准。用抹子取少量涂抹料在与地面倾角60°的耐火砖上涂抹，涂抹厚度约70～80mm，静置10分钟观察是否塌料，观察其涂抹性能和附着性能。

按表2配方制作的涂抹料试样，2#加入膨润土，涂抹时附着性比1#和3#改善，不回落，不坍塌。用1#、2#和3#涂抹料试样分别制作成160mm×40mm×40mm的样快，室温养护24h后脱模，观察对比试样强度，木质素加入后2#试样常温干燥强度比 1#、3#明显改进。

同样按表3配方制作的160mm×40mm×40mm样快，试样编码为1#、2#和3#。经110℃24h烘烤后检测抗折强度，对比检测结果，加入磷酸二氢铝后3#配方抗折强度最高0.8 MPa（1#配方试样抗折强度0.68MPa、2#配方试样抗折强度0.7MPa）。

对表2、表3的试样检测结果进行分析，最终确定表2中2#配方、表3中3#配方为最佳生产配方，用于生产镁质、镁橄榄石质涂抹料。

表3 镁橄榄石试样配比

4 效果

经工艺改进的中间包涂抹料主要用于八钢炼钢连铸中间包工作内衬，起到了净化钢水，吸附钢水中的氧化物和去除P、S夹杂物的作用。涂抹施工方便，涂抹时不坍塌；烘烤时不鼓包、不爆裂；耐高温、抗渣侵蚀性能良好。

采用优化工艺生产的中间涂抹料用于八钢炼钢连铸生产,此中间包涂抹料的抗渣侵蚀性良好，使用后渣结侵蚀厚度为10～20mm。对八钢炼钢连铸作业区中间包浇注钢水后的10个中间包的翻包情况统计见表4，使用效果见图2。

表4 中间包的翻包情况

图2 使用后的中间包

八钢炼钢连铸生产使用结果表明，此涂抹料可以满足炼钢连铸生产工艺要求。中间涂抹料年需求量约1.08万t，月最高用量1000t，使用寿命最长可达 13～14h。

5 结束语

（1）用重烧镁砂替代中档镁砂，结合重烧镁砂良好的使用性能，在中间包涂抹料中添加镁橄榄石，镁橄榄石矿物与MgO发生反应，形成更多的橄榄石相（M2S），分别研制出以重烧镁砂为主料的镁质涂抹料和以重烧镁砂和镁橄榄石为主料的镁橄榄石质涂抹料。既降低了涂抹料的生产成本，又可满足中间包使用寿命。

（2）涂抹料的生产采用新型洁净能源—压缩空气输送原料，并在加料口安装除尘器，减少了粉尘。绿色环保、省时省力、生产效率大幅提高。基于工业自动化的理想，结合理论实践精神，并且出于对环境保护，人身安全的理解。采用该技术方案，并且获得了较为理想的效果。

（3）根据生产涂抹料的经验，结合系统采用了木质素磺酸钙，利用其减水性有效改善粘结性，并加入膨润土与之进行阳离子交换，有效形成胶体，防止龟裂，增加自然干燥强度；加入磷酸二氢铝调节酸碱度，PH保持在6.5～7,改善涂抹料的硬化效果，提高自然干燥及烘烤强度。

（4）经工艺改进后，涂抹料生产成本降低170元/t，累计降低成本476万元。减轻了产品制造成本压力，增强了企业的市场竞争力。