阿发环境材料学

福建农林大学材料工程学院

课程论文

课 程 名 称 生态环境材料学

专 业 年 级 材料科学与工程专业2011级

姓 名 大头发

学 号 3115902

教 师 刘景宏

总 成 绩

日 期 2014 年 12 月 4 日

论耐火材料的循环使用的意义

姓名：大头发学号：3115902 专业班级：11级材料科学与工程3班

摘 要:

近年来,耐火材料的环境问题成为重要的课题,特别是耐火材料施工和使用中的环境问题、节能、资源枯竭等成为世界性课题。在钢铁业的炼铁、炼钢工序中使用许多耐火材料,如果生产设备用耐火材料发生破损,不能保证操作的稳定性,生产设备所用的耐火材料就要拆除废弃。因此,使用后耐火材料达到零排放是重要课题。。

关键词:循环利用、使用后耐火材料、再循环料

一、前言

用于钢铁厂的炼铁工序、炼钢工序中的熔化处理、精炼处理以及运输处理各种窑炉的耐火材料种类很多。如果生产设备的耐火材料发生破损,不能保证操作的稳定性,生产设备所用的耐火材料就要拆除废弃。近几年,在力求降低这些使用后耐火材料的发生量。为了降低废弃耐火材料的发生量,必须延长生产设备的寿命来降低耐火材料单耗。但另面对废弃耐火材料进行有效利用更为重要。

二、耐火材料的生产应用

2.1耐火材料的生产流程

耐火材料的生产流程按其形态如图1所示

准确地说，不定形耐火材料从耐火材料生产厂出厂时不能称之为耐火材料，在使用现场，经过搅拌—成型—养生—干燥—预热等之后，才可以称为耐火材料，但在此还是按照习惯称为不定形耐火材料。

2.2耐火材料的应用

耐火材料以其优异的耐高温、抗侵蚀和抗热震性能［1］，在冶金窑炉各部位得到广泛的应用［2－5］。近些年，随着高品位镁砂和天然石墨资源储量的锐减，原材料价格逐年攀升。从废旧含碳耐火材料中回收有价值的成分，不仅可以减少资源的消耗，也可以降低生产企业的原材料成本。据全国耐火材料产量统计，2011年中国耐火材料总产量2949.69万ｔ，其中含碳耐火制品298万ｔ［6］。以此计算，每年废弃的含碳耐火材料达到100万ｔ以上。如能有效利用这部分废弃的耐火材料，既能节约企业的生产成本，又能达到合理利用资源、保护环境的目的。因此，研究废弃含碳耐火材料的循环利用具有巨大的经济价值和积极的社会与环保意义。目前，耐火材料的回收利用受到越来越多的重视，出现了一些用后耐火材料循环利用的研究，取得了一系列可喜的成果，本文就目前国内外含碳耐火材料的回收利用现状进行分析和探讨

三、耐火材料循环利用现状

3.1国外耐火材料循环利用现状

日本在用后耐火材料的再生利用方面做了大量工作，积累了大量可借鉴的技术和实践经验。其

中新日铁公司［7］从1998年就开始提出耐火材料零排放的目标，根据用后耐火材料再利用过程中出现的附着和掺杂、选别和吸水性等问题，分别进行了研发攻关，开发确立了系统的耐火材料循环利用的工艺流程，取得了显著的效果：耐火材料生产成本降低了3%-4%，耐火材料生产中的CO2排放量每年减少了7万ｔ，用后耐火材料固体废弃物量减少到原来的１２％，大大提高了耐火材料的循环利用率。日本某企业在镁碳砖中加入超过30%的用后镁碳砖，其抗侵蚀和耐用性与原配方砖十分接近。知多钢厂利用90%的再生料和10%新原料生产的镁碳砖性能如表1所示，基本达到了原配方砖的性能。

表１日本知多钢厂再生砖与原砖性能

由欧洲耐火材料协会和法国Saint－Gobian公司合作组建的Valorat公司，是最早从事全球废弃耐火材料回收的企业。根据多年耐火材料回收经验，

他们开发了一套完备的用后耐火材料回收工艺［8］，图1是其开发的耐火材料回收工艺流程图，用于大规模用后耐火材料的处理。其耐火材料的回收利用率达到60%以上。图２为耐火材料回收利用的一般流程图，可用于特定单一品种含碳耐火材料的回收处理。德国成功地将转炉用后MgO－C砖用于生产转炉和钢包永久衬。墨西哥的Conejo等人提出利用用后镁碳砖作为炼钢用造渣剂原料，取得了良好的经济效益。

3.2国内含碳耐火材料循环利用现状

上海宝钢对耐火材料的回收利用进行了大量研究。在含碳耐火材料回收方面，研究者通过分析镁碳耐火材料各成分使用中的反应认为［9-10］：用后镁碳砖中的主要成分（镁砂、石墨以及树脂结合剂）以及大部分添加剂（SiC、Mg粉等）对再生砖的高温性能没有不利影响；铝粉以及铝镁合金

粉，在高温使用并且进行了再生镁碳砖实炉试验，其性能如表2所示，再生砖的性能指标达到了相应新镁碳砖的水平。同时，宝钢还对用后镁碳砖的多次循环利用进行了研究［11］。通过试验和分析，认为只要根据再生砖的使用环境，有针对性地配置多次再生镁碳砖，就不会恶化再生砖的使用性能

辽宁科技大学高温材料与镁资源学院的张国栋等人对用后镁质含碳耐火材料的结构和组成进行了研究21研究结果表明破碎后的镁碳废砖不同粒度颗粒的性能差异较大其中大于1ｍｍ的颗粒中真颗粒度大于90%Al4C3主要存在于小于1ｍｍ的颗粒中再生料引入镁碳砖后大于1ｍｍ的颗粒比小于1ｍｍ的颗粒的影响小。他们认为回料中的假性颗粒、残炭量高和杂质多，这是造成再生镁碳砖性能降低的原因。

四、目前还存在的问题与发展方向

4.１再生产品质量与成本问题

现在普遍采用的含碳耐火材料回收方式是破碎后作为原料直接加入，或者降级使用，即使是少量加入，也常常会导致产品理化性能和耐用性能降低。开发针对用后耐火材料的处理方法和回收工艺，提高用后耐火材料产品的质量，才有可能使用后耐火材料的循环利用在工业中得到广泛的认可和推广。部分耐火材料经过一定的预处理工序，可以获得高附加值的回收料，但相应会增加生产的成本。怎样在尽量低的成本条件下再生出满足生产的优质回收料，还需要耐火材料工作者进行大量细致的工艺研究，同时需要加强与耐火材料消耗企业的合作，进行实炉试验，打消客户对加废料产品性能的疑虑。

4.2缺乏高附加值产品

一方面，用后含碳耐火材料回收直接用作耐火材料原料，添加废料的产品往往存在性能降低的问题；另一方面，随着优质镁砂和天然鳞片状石墨资源的日渐稀缺［12］，含碳耐火材料原材料价格也不断攀升，用后含碳耐火材料本身就是一种资源，将之丢弃或者简单粗犷的降级使用都是对资源的浪费。这些因素促使含碳耐火材料回收向高技术、高附加值的回收利用方向发展。但目前国内用后耐火材料多采

用少量直接使用或者降级使用的方法，产品附加值不高。根据废弃耐火材料的成分和结构特性，开发新的具有高附加值的产品，是耐火材料循环利用研究的一个重要方向。

4.3整体回收技术水平不高、耐火材料循环利用缺乏规模性和系统性

用后耐火材料循环利用以其廉价性已经受到耐火材料生产企业和消耗企业的广泛重视。但由于各个企业的重视程度不同，生产技术和设备存在差异，目前耐火材料的循环利用方式存在多样性但技术水

平不高的问题。部分耐火材料的循环利用停留在初级使用和降级使用的阶段，产品附加值不高，而一些先进的循环利用工艺和废料处理方法没有得到推广。耐火材料的循环利用工艺整体来说在大型钢企（如宝钢）比较先进，而在中小型企业由于受到技术和耐火材料消耗量低、企业重视程度不够等因素的影响，耐火材料循环利用率低。同时耐火材料研究机构各自为政，各大企业以及研究院校交流不够，经常进行重复的试验研究。

五、再生利用对减少环境负荷的意义

由于对用后耐火材料进行循环利用，减少了原生耐火材料原料生产和耐火材料生产时CO2的

发生量，表3是用后耐火材料进行循环利用产生的CO2减排效果的计算结果。用后耐火材料的循

环利用每年可减排CO27万t。

五、结语

随着高品位菱镁矿和天然鳞片石墨资源的消耗，耐火材料生产的原材料成本逐年攀升，回收废弃的耐火材料加以循环利用已经成为共识。含碳耐火材料由于使用过程中夹渣少、化学组成变化小，具有回收利用的可行性和广阔的经济前景。通过耐火材料工作者多年的研究和实践，国外

用后含碳耐火材料循环利用技术已经比较成熟，确立了系统的处理手段和回收工艺，开发了多种途径的再利用方式，再生产产品性能稳定，不仅满足了生产要求，也达到了节能减排的目的。国内含碳耐火材料的循环利用率也达到了一个较高的水平，但相较欧美发达国家仍有较大差距，不同地区的循环利用技术水平存在差距，部分用后耐火材料使用附加值不高，再生制品性能不稳定，再利用成本有待进一步降低，耐火材料整体回收利用率低等。降低用后耐火材料的处理费用，开发新的更具经济效益的循环利用途径和再生产品，提高其再生制品的使用性能，以达到合理、高效的综合利用用后耐火材料的目的，将是耐火材料回收工作者今后较长时期内的工作方向。另外，实现耐火材料的高效循环利用，需要加强耐火材料消耗企业、环保部门、耐火材料生产企业之间以及各研究机构间的交流和合作。

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