一种利用钒铝炉渣制备不定型耐火材料的方法及应用与流程

本发明属于耐火材料，涉及一种基于工业副产物制备耐火材料的方法，尤其涉及一种利用钒铝炉渣制备不定型耐火材料的方法及应用。

背景技术：

1、耐火材料一般是指耐火度在1580℃以上的无机非金属材料，它包括天然矿石及按照一定的目和要求经过一定的工艺制成的各种产品，具有一定的温度力学性能、良好的体积稳定性，是各种高温设备必需的材料。耐火材料应用于钢铁、有色金属、玻璃、水泥、陶瓷、石化、机械、锅炉、轻工、电力、军工等国民经济的各个领域，是保证上述产业生产运行和技术发展必不可少的基本材料，在高温工业生产发展中起着不可替代的重要作用。

2、“铝热还原法”是生产钒铝合金最常用的工艺之一，通过铝热还原反应制备钒铝合金时，会产生大量副产物氧化铝，生产过程中，为降低渣液的粘度和熔点从而获得良好的钒铝合金和炉渣的分离效果，通常会在原料中加入一定比例的氟化钙，最终得到的氧化铝炉渣中通常含有一定比例的氟化钙。实际生产过程中，钒铝合金和炉渣产出质量比例约为1:1，产出的炉渣除少部分用于填筑铝热还原反应炉体外，其余大部分没有得到有效利用，严重影响经济效益。

3、cn 107287450a公开了一种钒铝炉渣高效利用的方法，所述方法包括：将钒铝炉渣破碎、粉磨后得到粉末状钒铝炉渣；将得到的所述粉末状钒铝炉渣溶于硫酸溶液，过滤，得到液相硫酸铝溶液和固相炉渣，所述硫酸铝溶液用于净化湿法提钒过程中钒液，所述固相炉渣用于打结炉体的耐材炉衬原料。该方法可以有效提取钒铝炉渣中的铝，实现了钒铝炉渣的循环利用，但采用湿法工艺污染严重，且剩余炉渣不具有粘结性，使用时还需要额外添加粘结剂。

4、cn 111247112a公开了一种基于富铝炉渣的粘结剂，可有效利用富铝炉渣，但其在制备过程中加入波特兰水泥等粘结剂，严重降低了砂浆的耐火度，未能充分发挥富铝炉渣价值。

5、cn 114671672a公开了一种不定型耐火材料的配方及其制备方法，所述不定型耐火材料的配方包括骨料和结合剂，按质量份数计，所述骨料包括高铝矾土20-35份、镁铝尖晶石10-30份、氧化硅10-15份、碳化锆5-20份、半钢玉38份：所述结合剂包括有机结合剂12-26份，有机结合剂采用无规聚丙烯或采用酚醛树脂和无水乙醇中的一种或多种。根据配方可知，该专利制备不定型耐火材料所采用的原料是骨料和结合剂，并不是炉渣等可以二次利用的材料。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用钒铝炉渣制备不定型耐火材料的方法。所述方法实现了钒铝炉渣的高效利用。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种利用钒铝炉渣制备不定型耐火材料的方法，所述方法包括：以钒铝炉渣为原料，依次进行破碎、调配、煅烧、粉磨以及混料，得到不定型耐火材料。

4、本发明以钒铝炉渣为原料制备耐火材料，充分利用钒铝炉渣，防止固废堆积，实现资源循环利用。所述制备方法工艺流程短，操作简单安全系数高，所用材料85％以上是钒铝合金生产过程中产生的废弃物，所制备的不定型耐火材料耐火性能好，硬化强度高，可在多种生产环境中使用。

5、作为本发明的优选技术方案，所述不定型耐火材料的耐火度为1600～1800℃，例如可以是1600℃、1650℃、1700℃、1750℃或1800℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

6、优选地，所述不定型耐火材料的荷重软化温度为1200～1450℃，例如可以是1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃或1450℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

7、优选地，所述不定型耐火材料的耐压强度为73.2～78.5mpa，例如可以是73.2mpa、74mpa、75mpa、76mpa、77mpa或78.5mpa，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

8、优选地，所述不定型耐火材料的重烧线变化率为0.4～0.6％，例如可以是0.4％、0.45％、0.5％、0.55％或0.6％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

9、优选地，所述方法包括如下步骤：

10、(1)破碎所述钒铝炉渣，得到钒铝炉渣粉末；

11、(2)混合氧化钙、氟化钙以及步骤(1)所得钒铝炉渣粉末，煅烧后得到第一混合物；

12、(3)混合缓凝剂与步骤(2)所得第一混合物，粉磨后得到第二混合物；

13、(4)混合第二混合物、钒铝炉渣粉末以及水，得到不定型耐火材料；

14、步骤(4)通过调整所述钒铝炉渣粉末的混合比例和/或粒径，得到不同服役环境的不定型耐火材料。

15、本发明通过调整钒铝炉渣粉末的添加量和/或粒度，可以得到不同性能的不定型耐火材料的原因为：钒铝炉渣主要成分为氧化铝，氧化铝熔点在2000℃以上，随着钒铝炉渣粉末增加，不定型耐火材料耐火度增加，通过调整钒铝炉渣粒度能够获得不同内部结构的不定型耐火材料，表现不同的力学性能，适用于不同的服役环境。

16、优选地，步骤(1)所述钒铝炉渣粉末的平均粒度为1～10mm，例如可以是1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

17、本发明所述钒铝炉渣粉末的平均粒度为1～10mm，其粒度过大会导致所制备的不定型耐火材料空隙率过大，力学性能较差，过小则会导致空隙率过低，耐热冲击性能变差。

18、优选地，以质量百分比计，步骤(1)所述钒铝炉渣包含：氟化钙＜20wt％，铁＜1wt％，钒＜1wt％，si＜1.5wt％，氧化铝余量以及不可避免杂质。

19、优选地，步骤(2)所述氧化钙、氟化钙和钒铝炉渣粉末的质量比为(2～3):(0～1):(21～26)，例如可以是2:1:21、2:0:21、3:0.1:21、3:1:21、2:1:26、3:1:26或2.5:0.5:24，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

20、本发明所述方法中添加氧化钙和氟化钙的目的为调整钒铝炉渣成分，增强钒铝炉渣煅烧后的水硬性。

21、优选地，所述氧化钙的纯度≥97％，例如可以是97％、97.5％、98％、98.5％、99％或99.5％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

22、优选地，所述氟化钙的纯度≥98％，例如可以是98％、98.5％、99％或99.5％，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

23、优选地，步骤(2)所述煅烧的温度为1200～1400℃，例如可以是1200℃、1250℃、1300℃、1350℃或1400℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

24、优选地，步骤(2)所述煅烧的时间为20～30min，例如可以是20min、22min、24min、26min、28min或30min，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

25、本发明通过煅烧使得粉体间产生颗粒粘结，发生再结晶，其煅烧温度过高会导致烧损严重，过低则会导致反应不完全，降低其水硬性。

26、优选地，步骤(3)所述缓凝剂与第一混合物的质量比为(2～9):100，例如可以是2:100、3:100、4:100、5:100、6:100、7:100、8:100或9:100，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

27、优选地，步骤(3)所述缓凝剂包括半水合硫酸钙、生石膏或无水石膏中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括半水合硫酸钙和生石膏的组合，生石膏和无水石膏的组合，半水合硫酸钙和无水石膏的组合，或半水合硫酸钙、生石膏和无水石膏的组合。

28、本发明所述缓凝剂的作用为延长凝结时间，提高不定型耐火材料的施工性能，更能有效提高不定型耐火材料的适用范围。

29、优选地，步骤(3)所述第二混合物的平均粒度为60～90μm，例如可以是60μm、70μm、80μm或90μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

30、本发明限定第二混合物的平均粒度的目的是更好的适应不同的施工环境，其粒度过大会导致粘结物料与骨料接触不充分，力学性能变差，过小则会导致空隙率过低，耐热冲击性能变差。

31、优选地，步骤(4)所述第二混合物、钒铝炉渣粉末和水的质量比为(10～30):(30～80):(10～40)，例如可以是20:50:30、20:40:40、18:50:20、25:70:30或30:72:40，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

32、优选地，步骤(4)所述钒铝炉渣粉末包括第一钒铝炉渣粉末和第二钒铝炉渣粉末。

33、优选地，所述第一钒铝炉渣粉末的平均粒度为1～3mm，例如可以是1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

34、优选地，所述第二钒铝炉渣粉末的平均粒度为3～10mm，例如可以是3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。

35、优选地，所述第一钒铝炉渣粉末和第二钒铝炉渣粉末的粒度不同。

36、作为本发明的优选技术方案，本发明第一方面所述利用钒铝炉渣制备不定型耐火材料的方法包括如下步骤：

37、(1)破碎所述钒铝炉渣，得到粒度为1～10mm的钒铝炉渣粉末；

38、(2)以(2～3):(0～1):(21～26)的质量比混合氧化钙、氟化钙以及步骤(1)所得钒铝炉渣粉末，1200～1400℃温度下煅烧20～30min后得到第一混合物；

39、(3)以(2～9):100的质量比混合缓凝剂与步骤(2)所得第一混合物，粉磨后得到平均粒度为60～90μm的第二混合物；

40、(4)以(10～30):(30～80):(10～40)的质量比混合第二混合物、钒铝炉渣粉末以及水，得到不定型耐火材料；

41、其中，步骤(4)所述钒铝炉渣粉末包括平均粒度为1～3mm的第一钒铝炉渣粉末和平均粒度为3～10mm的第二钒铝炉渣粉末；

42、步骤(4)通过调整所述钒铝炉渣粉末的混合比例和/或粒径，得到不同服役环境的不定型耐火材料。

43、第二方面，本发明提供了一种如第一方面提供的不定型耐火材料的应用，所述不定型耐火材料可用于中频真空感应炉坩埚打结、烘干窑墙体浇筑或熔铝炉内壁砌筑中的任意一种耐火场景。

44、本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

45、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

46、(1)本发明提供的方法以钒铝合金冶炼副产物为原料，充分利用钒铝炉渣，防止固废堆积，实现了资源循环利用；

47、(2)本发明提供的方法工艺流程短，操作简单安全系数高，有利于工业化生产；

48、(3)本发明提供的方法所用材料85％以上是钒铝合金生产过程中产生的废弃物，所制备的不定型耐火材料耐火性能好，硬化强度高，可在多种生产环境中使用。