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废旧耐火材料再生利用的洁净法生产工艺

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发布时间:2013-04-22
 

张新中1、雷石增2

1、河南海格尔高温材料有限公司;2、焦作君和耐火材料有限公司)

      言:

近年来,在钢铁、水泥、玻璃、陶瓷、有色等高温工业的强劲拉动下,我国耐火材料产量不断攀升,资源紧缺问题也日益突显,甚至威胁到可持续发展和良性运作。有效解决这一问题的措施有三,一是提高原生耐火资源的一次利用率,二是对用后耐火材料进行再生利用,三是开发利用低品位材料或合成新型料。

我国钢铁工业每年消耗的耐火材料大约有1500万吨,用后废弃的耐火材料大约有350万吨,为了有效降低生产成本,提高市场竞争力,近年来,国内钢铁行业废弃耐火材料的再生利用发展迅速,无论是产能、品位,还是装备规模,都取得了可喜的成绩,尤其是废镁碳砖的再生利用,其工艺通常是将用后废镁碳砖经过拣选后,加工成0~8mm的统料,替代部分镁砂颗粒和石墨,重新用来生产镁碳砖铝镁碳砖或同材质浇注料,流程大致如下:

废砖进厂---加水浸泡---剔除变质层---鄂破粗碎---对辊或圆锥中碎---除铁---颗粒筛分---打样检验---烘干除湿---包装入库

这种生产工艺的较大优点是简单易行,投资小,见效快,但缺陷也很突出,主要表现有三:

1、粉尘大,污染环境严重

扬尘大,设备一开,黑灰遮天蔽日,拣剩的碎杂料即不能焚烧,也不会自行分解,废水、废烟没有经过净化处理即直接排放,严重影响到生产工人的身体健康和周边生态。随着环保问题的全球化和国民对可持续发展关注的普遍增长,促进环保的经济政策和其他措施都在相继制定,有关的立法也更趋严格,以牺牲环境为代价的短期经济行为势必不能长久,更不必说可持续发展了。

2、质量不稳定

从不同钢厂回收的废镁碳砖质量本就良莠不齐,加上混合砌筑的砖拆后难以完全分开,即使逐批化验,也无法避免化学成分存在较大波动。而且废镁碳砖上烧结或粘结有石灰、萤石类杂质,如果没经过充分水化,再生颗粒料就会在使用中粉化拱裂、造成砖体剥落、内衬坍塌,给钢厂的正常生产带来隐患和风险。

3、再生利用率不高

废镁碳砖敲掉的变质层和水锈层大约占采购总量的15%,分散在空气中的粉尘以及被水冲走的细碎料,大约能占采购废砖总量的5%,这两部分材料通常都被当作垃圾处理掉了,没有被更经济的利用。

为应对资源枯竭、降低耐火制品的制造费用、促进废旧耐火材料的循环利用,顺应国家环保政策,减少污染物的排放,我们根据废弃耐火材料的来源和特性,结合多年来为钢铁企业、耐火行业服务的经验,设计开发了一种废旧耐火材料洁净法生产工艺,下面以废旧镁碳砖为例,按工艺顺序详述之。

一、严把原料(废旧耐火材料)关

原料的优劣不仅关系到优质产品的开发与生产,而且直接影响到产品成本的高低,企业经济效益的好坏。为此,在采购前首先要了解到供方的信誉、现场使用条件、产品质量标准、较大生产能力、其他客户投诉率、质量异议处理及时率等情况,其次要尽量做到:

1、定期取样化验,以确保原料质量稳定;

2、在钢厂严格区分,分类拣选,避免不同材质的废砖混放在一起;

3、为保证成分均匀,质量一致,最好是积攒一定批量后,用铲车或其他工具进行搅拌。

4、冲洗车身,废砖进场前首先要冲净车身上的污泥,尤其是在雨雪天气,车轮上难免粘有黄泥等杂质,这些杂质一旦引入配料组成,就会在高温下形成低熔物,降低使用寿命。

5、就车喷淋,喷淋的作用有三点,一是避免扬尘,二是冲洗废砖表面的杂质,保证成分纯正,三是使砖表面的钙质初步水化。

6、卸砖喷淋

6.1废砖要卸在有棚顶和围墙的车间里,砖要尽量呈层状平铺开,这样做的目的有二,一是便于将来喷淋水化,二是能使分批进厂的废砖质量均化;

6.2为保证通风效果,棚顶要高,围墙可采用半封闭式的。考虑到石墨导电,所以不建议采用电除尘器,推荐安装袋式除尘器;

6.3废砖铺开后,要喷淋水化,每天两次,水化总时间不少于一周。

7、拣选分类

7.1将混入的不同材质的废砖挑出,用锤子敲掉蚀变层和水锈层,分类堆放,标识隔离。对于变质层较短的电炉长砖,可以进行切割,原质层部分完好、尺寸规整的废砖可以可以直接代替低档新砖使用。

7.2为了节约成本,提高废砖利用率,敲掉的高铁、高钙蚀变层、铁锈层可用来生产溅渣护炉料、炉底打结料,细碎料可用来生产永久层浇注料、包沿料、修补料、引流砂以及造渣剂等。

二、破碎加工严格控制

1、鄂破粗碎

1.1根据鄂式破碎机口径和机械化程度,可采用小推车加料,也可以使用料仓加料,但是加料口上部要安装有与之规格相匹配的破碎机除尘器;

1.2开机前,加料工要穿戴好劳保用品,要检查破碎机的出料口有无废料或杂物,如果有,启动前必须清理干净,以免混级。如发现皮带上或皮带轮上有油污时,应用清洁的棉纱或棉布将油污擦掉。

1.3投料中要有专人看守,发现捡选不合格的废砖或杂物要及时拣出。

1.4破碎工作停止后,应清除设备上的污垢,掏出机器内残留的废砖及砖渣,擦净灰尘,保持设备清洁;

1.5每次转产时,要对机坑清理一次,不转产时,每周也至少要对机坑清理一次,以避免混级,清机料经相关技术人员判定后再确定使用方法。

1.6粗碎料传送带尽可能采用天桥密封设计,如果不能,必须安装皮带机除尘器并定期清扫。

1.7为了去除铁杂质,传送皮带上要悬挂永久磁铁,视传送距离长短可多处分开悬挂,每班清理一次。

2、中碎筛分

2.1将粗碎后的废砖颗粒经对辊或圆锥中碎后过多层筛或圆筒筛进行筛分,筛分位置建议安装密封式气箱脉冲除尘器

2.2筛网要有人定期检查、更换,以免堵塞、破损。

2.3筛下料可以用来加工细粉,如果使用球磨机细磨,在提升料斗前和料仓位置安装袋式除尘器,料仓出料口位置安装球磨专用转动式除铁器。

3、简易质量判定

3.1将破碎加工好的废镁碳砖颗粒料随机取样,放小电炉中加热至1400℃以上,时间24h,看烧后颗粒料中是否夹杂有高铝料、刚玉料或是其他杂质成分;

3.2将破碎加工好的废镁碳砖颗粒料取样,按比例配料,打制小样,放烘箱中缓慢升温至200℃,时间24h,查看烘后是否有粉化、拱裂现象;

3.3 将破碎加工好的废镁碳砖颗粒料取样化验,化验指标通常为:氧化镁含量、碳含量和体积密度。颗粒料理化指标一般要求为:氧化镁含量不低于74%,氧化镁与碳的合量不低于88%,体积密度不低于2.9g/cm3

3.4 对于在低温烘烤试验中有粉化现象的废镁碳砖颗粒,要再次进行浸泡,时间一般为三天。

4、烘干

对浸泡好或加工好的废砖颗粒料要进行烘干处理,烘干设备可采用推板窑、抽屉窑或回转窑,如果采用电烘干窑,除尘设备可采用烘干机专用静电除尘器或袋式除尘器,出料口位置建议安装转动式串型磁铁。如果采用燃煤加热,则要进行烟气脱硫处理。

三、废水处理和中水利用

1、污水处理工艺选择

由于废旧耐火材料属于脊性料,不溶于水,只以悬浊液状态存在,所以水质波动很小,成分相对稳定,PHBOD5均不受影响,CODcrSS也可通过物理法降低到可控的程度,从而易采用单一工艺进行控制。根据水质特点,污水处理工艺流程选择如下:

废水———粗格栅过滤———细格栅过滤———沉淀池———压滤机过滤———中水循环利用、污泥进干化场

2、格栅规格设计

采用两级格栅将不融于水的大块悬浮物、漂浮物物分离,以减轻后续工艺的处理负荷,避免后续处理中设备被堵塞。删条间形成缝隙,栅缝与水流方向垂直,栅缝呈楔型(喇叭口状),这样,水流经过栅缝时压力急剧降低,因而不易堵塞。粗栅条直径通常设计为10.0mm左右,采用铸铁质,栅条间隙宽度15mm,栅前水深 h=0.1m,过栅流速不大于0.6m/s,细格栅采用不锈钢材质网格,耐腐蚀性好,使用寿命长。网格采用4目筛网,粗丝,即筛孔直径5mm左右。采用人工清渣,每班清理一次。

3、沉淀池、压滤机规格设计

沉淀池设计为钢筋混凝土结构,半埋式。沉淀池规格、废水停留时间根据日废水排量确定,例如尺寸可设计如下:L×B×H=5m×5m×2.5m,有效水深为2m,即池的常规储水量为50吨,设停留时间t=24h。沉淀池每月挖一次。

压滤机规格根据日处理废水设计量确定,压滤污泥采用污泥干化场方式。即利用泥浆压缩机,将含污泥的废水进行压缩处理,污泥自然晾晒。

处理后的水进入中水池备用,回收的中水可用作对废砖喷淋、洒扫地面、烟气处理、浇灌植被等。

4、污泥、粉尘的利用

从沉淀池中收集的污泥、以及压滤干化污泥,可通过检测其化验成分,可用来生产火泥、喷补料等。通过各类除尘设备收集的细粉,可以用来生产自流浇注料、涂抹料或当作分散剂使用。

四、前景展望

本文介绍的废旧耐火材料洁净法再生工艺除了可应用于废镁碳砖外,同样适用于其他分类的利用,如废铝镁碳砖、废铝碳化硅砖、废镁砖镁铬砖、以及耐火浇注料残衬等,耐火浇注料残衬的加工流程与残砖相似,即对残衬料进行拣选、破碎,获得不同规格的颗粒料,然后配入浇注料中使用。也可以在使用现场将破碎后的残衬料放入搅拌中加结合剂强力搅拌,获得骨料和细粉,替代部分正品原料在浇注料中使用。

本文所介绍的废旧耐火材料洁净法再生工艺除了钢铁工业外,同样也适用于其它高温行业,如废高铝砖、废刚玉砖、废轻质砖等。

本文所介绍的废旧耐火材料洁净法再生工艺符合国家环保、节能政策,能有效提高再生材料的质量和利用效率,能为生产企业带来可持续发展、规模化生产前景,具有很强的推广价值。

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