铬刚玉 用铝铬渣取代烧结刚玉，制成的透气砖在210吨钢包

铝铬渣是铝热法冶炼金属铬所产生的副产品，其中的铬元素会对环境产生长久的污染，资源化利用是处理铝铬渣的重要途径。目前，铝铬渣已被用来制作陶瓷颜料或回收其中的铬和铝。铝铬渣含有大量的氧化铝和氧化铬，可作为耐火原料。例如：将铝铬渣应用于钢包砖、锑冶炼炉用铬刚玉砖和电炉炉盖浇注料中，并取得较好的使用效果;铝铬渣和氧化镁混合，可合成镁铝铬尖晶石原料;将≤2mm的铝铬渣与其他原料混合，最终经熔炼可得较纯的铬刚玉原料;此外，冶炼金属铬所产生的铝铬渣还可以经二次还原回收金属铬，剩余的还原铝铬渣还可作为耐火原料。

刚玉-尖晶石质耐火材料由于其自身特征，被广泛应用于钢包包衬、钢包吹氩透气砖等使用环境较恶劣的部位。为了拓展铝铬渣的资源化利用途径及降低产品的成本，本试验中研究了添加铝铬渣对刚玉-尖晶石浇注料性能的影响，并制成透气砖在210t钢包中进行了初步应用试验。

本文采用的主要试验原料有铝铬渣(8～5、5～3、3～1和≤1mm)、烧结刚玉(≤8mm)、烧结尖晶石(≤0.080mm)、Secar71水泥、α-Al2O3微粉、高效减水剂等。原料的主要化学组成见表1。

表1 原料的主要化学组成

铝铬渣以氧化铝和氧化铬为主要组成，含有一定量的金属铬、氧化钙、氧化镁和氧化钠，Cr6+含量为0.02%(w);其矿物组成为铬刚玉固溶体、钠离子型β-Al2O3及固溶了钙、镁离子的β-Al2O3固溶体。其中，铬刚玉固溶体是优质耐火原料，β-Al2O3是可利用的耐火原料，金属铬可认为对试样没有负面影响。

试样制备及性能检测

用铝铬渣取代相应粒度的烧结刚玉，试样配比见表2。按表2混料，混合均匀后，在10℃、相对湿度为55%的条件下浇注成40mm×40mm×160mm的试样。成型后试样在20～30℃、相对湿度为75%条件下养护12h，再于110℃干燥12h，然后经1550℃保温3h烧成。

表2 试样配比

按GB/T5988—2007测定烧后试样的加热永久线变化率，分别按GB/T3001—2007、GB/T5072—2008测定烧后试样的抗折强度和耐压强度，按GB/T2997—2000测定烧后试样的体积密度和显气孔率，按GB/T3002—2004测定烧后试样的高温抗折强度(1450℃保温30min)。

将1550℃保温3h烧后的试样在1100℃下加热均匀后，在室温下迅速风冷30min，再次置于1100℃炉内加热并保温30min，再风冷。如此循环3次后，测试试样的常温抗折强度，用热震后试样的常温抗折强度保持率来表征其抗热震性。

结果与分析

1、体积密度与显气孔率

1550℃烧后试样的显气孔率和体积密度见图1。从图1中可以看出：加入铝铬渣后，试样的体积密度与显气孔率的波动不大，且没有明显规律。浇注料的体积密度取决于原料自身的体积密度、粒度级配是否合理及加水量等因素。铝铬渣是工业副产品，颗粒的体积密度差异较大。因此，铝铬渣加入量对试样体积密度和显气孔率的影响没有明显规律。

图1 1550℃保温3h烧后试样的体积密度和显气孔率

2、强度

1550℃烧后试样的常温抗折强度和常温耐压强度见图2。可以看出：除试样L40外，其余试样的常温耐压强度皆有所提高，其中试样L20的增幅达到10.56%;常温抗折强度基本全部降低，其中试样L30与试样L0相比，其抗折强度降幅高达31.98%。

图2 铝铬渣加入量对1550℃保温3h烧后试样常温抗折强度和常温耐压强度的影响

铝铬渣不同颗粒之间的强度差异较大，因此，随着其加入量的增加，试样的烧后常温强度特征没有明显规律。从使用角度而言，虽然工程应用中应当减少产品所受剪切作用力，但上述强度基本满足透气砖的应用需要。加入铝铬渣后试样的耐压强度比较理想，是产品应用的基础保证。

烧后试样在1450℃保温30min条件下的高温抗折强度见图3。可以看出，随着铝铬渣加入量的增加，除了试样L10外铬刚玉，其他试样的高温抗折强度全部有所增加，试样L20增加的最多。高温抗折强度增加可能是因为铝铬渣中的铬元素迁移到基质中，与氧化铝形成铬刚玉固溶体，具有化学增强的作用[12]。此外，铝铬渣中的钙元素也会和基质中的氧化铝在此温度下反应生成CA6，也具有化学增强效应。

图3 铝铬渣加入量对烧后试样高温抗折强度(1450℃)的影响

3、加热永久线变化率

1550℃保温3h烧后试样的加热永久线变化率见图4。可以看出：随着铝铬渣加入量的增加，试样的加热永久线变化率基本呈线性增大。这可能是由于铝铬渣中的CaO，在一定温度下与试样中的Al2O3反应生成CA6的过程中伴随有体积膨胀，且占主导地位。随着铝铬渣加入量的增加，试样中生成的CA6随之增加，导致试样加热永久线变化率基本呈线性增大。

图4 铝铬渣加入量对1550℃保温3h烧后试样加热永久线变化率的影响

4、抗热震性

图5示出了铝铬渣加入量对试样抗热震性的影响。可以看出，试样L30的常温抗折强度保持率最高，较试样L0增加了18.8%，其他试样的强度保持率都比试样L0的低。

图5 铝铬渣加入量对试样抗热震性的影响

在水泥结合刚玉-尖晶石浇注料体系中引入一定量的铝铬渣后，刚玉和尖晶石之间的合理搭配、CA6相形成的量及氧化铬与上述物相之间的固溶情况，能够有效地提高试样的抗热震性。特别是当氧化铬存在时，加入铝铬渣后试样的抗热震性会有所改善。但除试样L30外，试样的抗热震性呈降低趋势，很大可能是因为试验用铝铬渣原料的组成、热膨胀性能、力学性能及组织结构的不均匀性造成的。

工业应用

根据上述试验结果，结合透气砖实践经验，以L30方案为基础，适当优化配方及烧成温度(1580℃保温2h)后，制成整体型透气砖，其性能指标见表3。

表3 所制产品的物理性能

产品在210t钢包进行工业应用铬刚玉，钢包工况条件为：转炉炼钢1h，转炉出钢温度1570℃，炉外精炼1为LF，最高精炼温度1680℃，精炼时间48min;炉外精炼2为RH，精炼时间40min，连铸时间50min，钢包周转周期6h。试验砖和常规产品在钢包试用的结果见表4。

表4 210t钢包试用结果

210t大型钢包工业应用结果表明，加入30%(w)铝铬渣的透气座砖能够完全取代常规产品，加入30%(w)铝铬渣的透气芯也能够满足现场冶炼需要，但损耗速率略高于常规产品。

实验结论

(1)铝铬渣对刚玉-尖晶石浇注料的显气孔率和体积密度及烧后的常温耐压强度影响不大，烧后常温抗折强度有所降低，加入30%(w)以上的铝铬渣可以在一定程度上提高其高温抗折强度。铝铬渣的引入对刚玉-尖晶石浇注料的加热永久线变化率有显著的作用，且随铝铬渣加入量增加而增强。加入30%(w)铝铬渣试样的热震后常温抗折强度保持率明显提高。

(2)在210t精炼钢包中的工业应用试验可知，加入30%(w)铝铬渣的透气座砖能够完全取代常规产品，加入相同质量铝铬渣的透气芯也能够满足现场冶炼需要，但损耗速率略高于常规产品。

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