年产万吨镁铬砖的生产车间设计方案

1、鞍山科技大学本科生毕业设计年产 1 万吨镁铬砖生产车间设计第 I 页摘要以镁砂和铬矿为主要原料制造的镁铬系耐火材料在近 70 年的发展历程中，首先在钢铁工业，继之在玻璃，水泥等行业的热工设备上广为采用，成为了最重要的碱性耐火材料。镁铬砖属碱性耐火制品，以方镁石和镁铬尖晶石为主晶相，在氧化气氛中于16001800烧成，也可用水玻璃等化学结合剂制成不烧砖，主要包括直接结合镁铬砖、半再结合镁铬砖以及普通镁铬砖等。其中的普通镁铬砖耐火度高、抗碱性炉渣侵蚀性强、热震稳定性优良、高温结构强度高。本设计的主要产品为普通镁铬砖，其中 MGe-12 的产量为 4000 吨， MGe-16 的产量为 6000 吨

2、。本设计叙述了镁铬砖耐火材料的使用条件及其生产工艺理论基础，辅助原料的要求、加工处理方法、产品的生产工艺流程、物料平衡计算结果、生产设备的选型计算以及生产技术检查系统的说明和本设计主要特点。关键词：耐火材料镁铬砖生产工艺设计鞍山科技大学本科生毕业设计第 II 页The design of 10，000 tons magnesium-chromiumbricks workshopAbstractThe refractory material plays a role in suring in the development of the steel making, Withthe gradual

3、 development of the metallurgical trade, the refractory material craft has gotconstant improvement, the result of study asserts the Mg-Cr department material has functionof that other materials can't be compared, combine magnesium chromium quality directly, halfcombine Mg-Cr quality ,etc. alkali

4、ne material can raise the lining durability again, it is aconcise extremely good material outside a stove .The chromium refractory material of magnesium is the fire-resistant products takingMgO-Cr2O3 as composition, combine Mg-Cr brick , half-bond Mg-Cr brick and commonMg-Cr brick. It has excelly pr

5、operty anti-alkali , anti-corrosion refractory-degree and loadinghigh temperature.Product of this design of Mg-Cr12 brick and Mg-Cr16 brick,which will be product10000tons in one year.Originally design conclude of the Mg-Cr brick refractory material and theoreticalfoundation of the production technol

6、ogy, requirement for raw materials, process the method ,the production technological process , supplies of the products balance calculation ofraw-materials, selecting and calculating of equipment and production technology, inspectionsystem of production, and main characteristic of my design.Keywords

7、: RefractorydesignMagnesium-Chrome brickproductive technological process鞍山科技大学本科生毕业设计目录第 III 页摘要 . IAbstract. II目录 . III1 绪论 .11.1 镁铬砖的发展历史及其应用 . 11.1.1 镁铬砖的发展历史 . 11.1.2 镁铬砖的应用 . 12 工艺部分 .22.1 工艺的理论基础. 22.1.1 与 MgO-Cr2O3系耐火材料有关的相平衡 . 22.1.2 原料的技术指标. 52.1.3 影响镁铬砖性能的主要因素 . 铬矿的选择 . 添

8、加剂对 Mg-Cr 砖的性能的影响 . R2O3 在方镁石，尖晶石和硅酸盐相中的溶解. CaO/SiO2 比对镁质耐火材料相组合的影响.72.1.4 破粉碎 . 82.1.5 筛分. 92.1.6 物料的贮存 . 102.1.7 配料. 102.1.8 混炼. 112.1.9 成型. 122.1.10 干燥. 132.1.11 烧成. 142.1.12 成品仓库 . 162.1.13 除尘. 162.1.14 含铬废水的处理 . 172.1.15 噪声的防治 . 172.2 工艺流程 . 172.2.1 工艺流程简述 . 172.2.2 工艺流程论证 . 18

9、2.3 工艺参数 . 192.4 物料平衡计算 . 202.5 生产设备 . 252.6 仓库设施 . 26鞍山科技大学本科生毕业设计第 IV 页3 生产技术检查系统说明 . 273.1 检查内容 . 273.2 检查方法 . 273.3 检查制度 . 274 车间安装，检修与维护措施. 285 生产车间除尘及安全措施 . 286 本设计的主要特点 . 30致谢 . 32参考文献 . 33附录.33一物料平衡计算部分 . 34二原料仓库的选择计算. 40三破粉碎设备的选择计算 . 41四成型设备选择计算 . 42五干燥工段的计算. 42六烧成工段的计算. 43七成品仓库的计算. 45鞍山科技大

10、学本科生毕业设计第 1 页1 绪论1.1 镁铬砖的发展历史及其应用1.1.1 镁铬砖的发展历史在 19131915 年，将铬矿和镁砂搭配起来生产了 MgO-Cr2O3 砖，而稳定生产烧成的或者化学结合不烧成的 MgO-Cr2O3砖大约是在 1935 年。在此期间侧重于生产 MgO-Cr2O3砖，即铬矿含量较高的砖。镁砂- 铬矿配合的耐火材料，高温体积稳定性好，对温度急变不敏感，高温强度大；同时由于他们的化学性质呈碱性，被迅速的推广应用。特别是含镁砂约 55%-65%和铬矿约 45%-35%的 MgO-Cr2O3 砖先后经过约 20 年的发展，便迅速的取代了平炉和电炉中的许多久产品。大约在 19

11、55 年以后，美国、英国和欧洲各国迅速往碱性平炉炉顶过渡，1959 年完成了直接结合 MgO-Cr2O3 砖的首批研究工作。约在 1962 年，直接结合 MgO-Cr2O3 砖投入了市场。目前，耐火材料工业生产各种成分的含铬碱性耐火材料，已有镁铬质、铬镁质、电熔铬尖晶石质、镁橄榄石铬质和铬橄榄石等许多制品。但是自 80 年代后期以来世界上的 MgO-Cr2O3 系耐火材料的使用量却下降了，MgO-Cr2O3 系耐火材料生产和应用量减少的直接原因是在生态学上有害的 CrO3 形成于耐火材料的相界，在铬矿与碱、CaO、BaO和 SiO2 等氧化物接触时， Cr 3+ Cr 6+ 的转变在空气中在空

12、气中加快，它对人们的健康有害。因此，都主张限制甚至取消 MgO-Cr2O3 系耐火材料的生产和应用。不过，正如第 33 届国际耐火材料研讨会所指出的，对于炉外精炼用耐火材料来说，最耐侵蚀的耐火材料依然是镁铬砖。此外，有色冶金（特别是铜冶炼工业）用耐火材料除了 MgO-Cr2O3系耐火材料之外，目前，尚无更始和的取代材料。因此，MgO-Cr2O3 耐火材料仍然是耐火材料工业中一种重要的材料1。1.1.2 镁铬砖的应用镁铬砖适合在高温，渣蚀和温度急剧变化的条件下使用。和镁铝砖的使用条件相似，主要适用于水泥回转窑烧成带、过渡带和玻璃熔窑蓄热室，亦可用于有色冶金炉、炼钢电炉、转炉以及混铁炉、真空装置。

13、但不宜使用在气氛频繁变动的条件下。鞍山科技大学本科生毕业设计第 2 页2 工艺部分2.1 工艺的理论基础镁铬砖是以电熔镁砂和铬矿为主要原料按适当比例制成的高级耐火制品，一般把铬铁矿加入量小于 50%的称为镁铬砖。镁铬砖的生产工艺，从原料的破粉碎和筛分，各组分粒级配料，混练，泥料成型，到半成品的干燥与烧成与镁砖的生产工艺基本相同。一 般 来 说 ， 采 用 烧 结 镁 砂 和 铬 矿 作 为 原 料 生 产 的 Mg-Cr 砖 ， 其 组 成 属 于MgO-Cr2O3-Al2O3-Fe2O3-CaO-SiO2 系统，它的技术性能取决于该系统中各组分的特性和比例，而它的组成和结构既取决于原料的性能

14、又取决于烧成条件（特别是烧成温度）。在镁铬砖中引入不同添加剂，可有效的提高常温和高温强度的作用。例如引入在方镁石中溶解度小的添加剂，易于形成很多的次生尖晶石，这种尖晶石对制品的直接结合程度和强度，尤其高温强度有显著贡献，并对改善其抗热震性起有利作用4。镁质耐火材料的 CaO/SiO2也是决定镁质耐火材料矿物组成和高温性能的关键因素。2.1.1 与 MgO-Cr2O3 系耐火材料有关的相平衡MgO-Cr2O3 系耐火材料是用镁砂和铬矿生产的一种碱性耐火材料，它的组成实际上属于 MgO-CaO-SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3-Cr2O3 七元系统。组成铬矿颗粒的矿物为铬铁矿尖晶 石 ，

15、又 称 铬 矿 尖 晶 石 ， 即 (MgO, FeO)(Cr2O3 , Fe2O3 , Al 2O3 ) , 它 基 本 上 是MgO · Cr2O3、MgO · Al 2O3、FeO · Cr2O3 和 FeO · Al 2O3 四种尖晶石固溶体。这四种尖晶石在 MgO Cr2O3 Al 2O3 FeO 四元系系统中的位置如图 1-1 所示，其熔点分别为：MgO · Cr2O3，2400； Mg · Al 2O3 ,2105; FeO · Cr2O3 ,2160;和 FeO · Al 2O3 ，1780。都是高

16、熔点耐火的复合氧化物1。鞍山科技大学本科生毕业设计Cr2O3MgO-Cr2O3Al2O3FeO-Cr2O3第 3 页MgO-Al2O3FeO-Al2O3MgO图1-1 铬矿组成的MgO-Cr2O3-FeO-Al2O3FeO四面体的尖晶石矩形截面系统（ 1 ） Cr2O3 FeO 系 统 。 里 鲍 德 和 米 安 发 表 了 在 CO2 / H 2 = 1 : 1 的 气 氛 下 的Cr2O3 FeO 系统的研究结果。1965 年，霍夫曼又绘制了与铁平衡的 Cr2O3 FeO 系统的另一种相图形式。他们各自的相图如图 1-2 和图 1-3 所示。图 1-2 表明，可见尖晶石的耐火度可达 210

17、0，只有接近 Cr2O3 本身的成分才超过它。23002200液相+尖晶石2100液相液相+180020001900Cr2O31700液相18001700160015001400液相+尖晶石液相+方铁矿尖晶石+尖晶石160015001400液相+FeCr2O4FeO+FeCr2O4Cr2O3+FeCr2O41300FeO方铁矿方铁矿20 30 40 50 60 80 90 Cr2O31300FeOFeO重量，%Cr2O3图1-2 FeO-Cr2O3系统（CO2/H2的气氛）图1-3 FeO-Cr2O3系统（与铁平衡）（2） Cr2O3 Fe2O3 系统。米安和宗宫制作的 Cr2O3 Fe2O3

18、 系平衡相图如图 1-4 所温度，摄氏度温度，摄氏度尖晶石 +Cr2O3重量，% FeO-Cr2O3鞍山科技大学本科生毕业设计第 4 页示。此相图表明了在氧化性的条件22002000L半倍氧化约2075 物+L下，当 Fe2O3中加入 Cr2O3 时，氧化铁可以被亚铬酸铁所饱和的情形。图中标明了尖晶石的区域大致上是1800尖晶石FeO · Fe2O3 和 Cr2O3 FeO 间的固溶体范围。此结果与洛弗尔、里格比和16001591格林指出的 FeO · Fe2O3 和1400 1390半倍氧化物Cr2O3 FeO 具有无限互溶性的结论是一致的。Fe2O3 20 40 60

19、80 Cr2O3重量，%图1-4 Fe2O3-Cr2O3系统在空气中的关系（3） MgO Cr2O3 SiO2 系统。MgO Cr2O3 SiO2 三元系相图如图1-5 所示。而奥斯本和米安绘制的 MgO Cr2O3 SiO2 三元相图固面图如 1-6 所示。SiO2SiO2MgO-SiO21800MgO-SiO2SiO2+MS+MK2MgO-SiO21900Cr2O32MgO-SiO215461710MgO01020304050607080902000镁铬尖晶石2100222002300MgO-Cr2O3MgO-Cr2O3-SiO2三元系统相图（1-5）Cr2O3MgO1890SiO2+18

20、50MK+Cr2O3M2S+MgO+MK+M2SMgO-CrO3Cr2O3MgO-Cr2O3-SiO2三元系统固面图（1-6）由图 1-6 看出， MgO Cr2O3 SiO2 三元系中没有三元化合物。这两幅图表明，由于 MgO 含量增加，配料的组成点将移入 MgO Cr2O3 2MgO · SiO2 亚三元系内，其固化温度为 1850，说明 MgO Cr2O3 系耐火材料的高温性能比 Cr2O3 系耐火材料的高温温度，摄氏度方镁石MgO鞍山科技大学本科生毕业设计第 5 页性能优越，它们为生产 MgO Cr2O3 系耐火材料提供重要的依据，并划定了镁铬质、铬镁质、镁橄榄石铬质、铬镁橄

21、榄石质耐火材料各相区的范围，因而该三元相图是含铬镁质及镁橄榄石质耐火材料的基本相图。（6）MgO Cr2O3 Al2O3系统。MgO Cr2O3 Al2O3 系平衡相图如图（1-7）所示。由 于 Al2O3 与 Cr2O3 以 及 MgO · Al 2O3 与 MgO · Cr2O3 能 形 成 连 续 固 溶 体 ， 所 以 在MgO MgO · Al2O3 系或在 MgO · Al 2O3 Al 2O3 系耐火材料中加入 Cr2O3 ，其开始出现液相的温度都有所提高。该图还表明，靠近尖晶石 MgO · Al 2O3 相区的液相线和固相线的温

22、度高出临近区域约 100。除此之外， 在 MgO Cr2O3 MgO · Al 2O3 尖晶石系列中加入 MgO 时也会导致液相线温度上升，而且整个方镁石初晶区域和固相线的温度都在1900 图（1-7） MgO Cr2O3 Al 2O3 系统内在液相线温度上的相关系以上。2.1.2 原料的技术指标鞍山科技大学本科生毕业设计表 2-1 原料的技术指标第 6 页化学组成，%体 积 附着粒度原料名称铬铁矿烧结镁砂 BMgO19.597.58Cr2O335.99-SiO23.400.85Al2O325.270.09Fe2O313.760.62CaO0.690.73灼减0.330.03密 度g

23、/cm33.37水 分%1.06-mm203000-302.1.3影响镁铬砖性能的主要因素 铬矿的选择铬矿配入的粒度越小，Mg-Cr 砖中形成的尖晶石就越多，材料的荷重软化温度也越高。说明在生产荷重软化温度高的 Mg-Cr 砖时，其铬矿应以小粒度加入 Mg-Cr 砖的配料中。此外，在镁砖中引入铬矿主要是为了提高 Mg-Cr 砖的抗热震性。但在水泥回转窑上使用时，水泥混合料中的碱组分最先与尖晶石反应，使 Mg-Cr 系耐火材料受到侵蚀。这说明高荷重软化温度与高耐侵蚀性不能同时要求，在配料的粒度方面必须权衡考虑。因此，在生产 Mg-Cr 砖时要根据使用条件来选择铬矿配入的粒度1。2.

24、1.3.2添加剂对 Mg-Cr 砖的性能的影响关于添加剂对 Mg-Cr 砖性能的影响。人们已经作了许多的研究工作。例如 ZrO2 能够提高 Mg-Cr 砖的致密度、常温耐压强度、高温强度、热稳定性和抗侵蚀能力。Cr2O3可降低 Mg-Cr 砖的气孔率，同时提高抗侵蚀能力。为了提高 Mg-Cr 砖的耐蚀性能，还可以采用添加 MgO 或者铬铁矿微粉以及 Fe-Cr 等方法。1特别是后者，与未添加的相比，具有极高的耐蚀性能。通过进一步提高铬铁矿含量还有可能使 Mg-Cr 砖的抗剥落性能得到提高。此外，通过在基质中加入超细粉能够显著提高耐蚀性。其原因是：超细粉原料促进了烧结从而强化了基质部分。根据烧结

25、机理，原料粒径越小，烧结速度越大，因而材料也越容易烧结。此外由于配入了超细粉原料，使粒子之间的接触点增多了，除了易于烧结之外，气孔也易于密闭化，这有利于提高材料的耐蚀性能。鞍山科技大学本科生毕业设计第 7 页R2O3 在方镁石，尖晶石和硅酸盐相中的溶解（1） 硼的氧化物。目前已经确定少量的 B2O3 对镁质材料高温强度有不利影响。生产海水镁砂的实践表明，B2O3 对镁砂性能的影响很大。例如 MgO 达 98%的海水镁砂，其高温强度不如 MgO 为 94%的希腊镁砂。这是因为 B2O3 起强溶剂作用所致。因此各国都致力于生产低硼镁砂2。（2） Al2O3、Cr2O3 和 Fe2O3

26、。这些 R2O3 的加入会降低最大强度值，并且使达到最大强度的 C/S 比值降低。当 C/S 比增加到超过最佳比值之后，形成了低熔物铁酸钙，、铝酸盐和铬铁矿，会使强度下降。加入 Al2O3、Cr2O3 和 Fe2O3使镁砖强度下降的情况与 B2O3 类似。它随 SiO2 含量、C/S 比和实验温度的变化而变化。并且按相同质量考虑，B2O3 的危害程度约为 Al2O3 的 10 倍，Al2O3 为 Cr2O3 的 6 倍，Fe2O3 的 17 倍。（3） 方镁石、尖晶石和硅酸盐的相对含量同 MgO-Cr2O3 砖中的 Al2O3、Cr2O3 和Fe2O3 的含量有一定的关系，其中尖晶石含量随 F

27、e2O3 含量的减少和 Al2O3含量的增加而增加。而且，Fe2O3 和 Cr2O3 在方镁石中的含量比在尖晶石中多，相反，Al2O3 在尖晶石中的含量比在方镁石中高。因此，可以根据使用要求来调整 Al2O3/Cr2O3 比例，使 MgO-Cr2O3 砖性能达到最佳化。因为 Al2O3/Cr2O3 比例可以用来控制砖中的显微结构，进一步研究发现，MgO-Cr2O3砖中 Al2O3/Cr2O3 比高时，易于得到较细的方镁石和较少的晶内尖晶石以及大量的晶间尖晶石；降低 Al2O3/Cr2O3 比时则可以逐渐改变显微结构，使方镁石晶体尺寸增大，而且此时晶内的沉析尖晶石增加而晶间尖晶石却减少了2。另外

28、，MgO-Cr2O3 砖中 Cr2O3/MgO 比和 Al2O3/MgO 比也会对制品的性能产生重要的影响。但是 Cr2O3/MgO 比值和 Al2O3/MgO 比值所起的作用不同。Cr2O3 对 MgO-Cr2O3砖的抗渣性和抗蠕变性起关键作用；而 Al2O3 对提高它们的高温抗折强度起了主要作用。因此，调整 MgO-Cr2O3 砖组成中的 Cr2O3/MgO 比达到最合适的数值是取得优质高效MgO-Cr2O3 砖的关键因素。CaO/SiO2 比对镁质耐火材料相组合的影响CaO 和 SiO2 及 CaO/ SiO2（简写为 C/S）比的影响2。镁质耐火材料的 C/S1.87 时

29、，与主晶相方镁石共存的结合相以钙镁橄榄石（CMS）或（和）镁蔷薇辉石（C3MS2）等鞍山科技大学本科生毕业设计第 8 页低熔点的矿物存在。提高 C/S 比，则会存在硅酸二钙（C2S）和硅酸三钙（C3S）高熔点矿物。因此，结合相对砖的高温强度有极大的影响。镁质材料的 C/S 比应当控制在获得强度最大值的最佳范围，否则就会形成低熔点硅酸盐，使强度显著下降。将 MgO 和 C2S的混合物加热至 1700以上时，发现 CaO 在 MgO 中溶解而引起 C/S 的下降。MgO-CaO固溶体的生成导致 MgO-CaO-SiO2 三元系相关系发生变化，尤其对 SiO2 含量低的镁质原料，高温下 CaO 在

30、MgO 中溶解所产生的影响更大。尽管溶解很少，但由于 SiO2 含量低，故 C/S 比的波动较之 SiO2 含量高的更大。例如含 2% SiO2 的物料，C/S 为 1.87，这种混合料在 1700冷却，实际析出的晶体有 C2S+C3MS2，而对含 1% SiO2 者析出 C2S+C3MS2。倘若从加热溶化角度出发，则含 5% SiO2 的混合物直至 1800，其硅酸盐也不完全溶化，而含 2% SiO2 者其硅酸盐在 1600已完全溶化，超过上述各温度只有 MgO 固溶体存在。另外，SiO2（0.9%）和 B2O3 含量低的镁砂中，C/S 比值应该稍高些，以防止形成低共溶点硅酸盐相。就抗渣性考

31、虑，对镁质材料来说，高的 C/S 比也是需要的。因为在氧气转炉中使用时，C/S 比高的镁砖对初期渣（氧化硅含量高）的抗侵蚀性更好。表 2-2 镁质耐火材料的 CaO/SiO2 和相组合的关系C/S 分子比C/S 质量比相组合00MgOM2S01.01.0MgOM2S1.00.93MgOCMS11.50.931.4MgOCMS1.51.4MgOC3MS21.52.01.41.87MgOC3MS22.01.87MgOC2SCMSC3MS3C2S固化温度，18601502149014901575157518902.1.4 破粉碎实验和理论计算表明，单一尺寸颗粒组成的泥料不能获得致密的坯体。因此，块状

32、原料经检选后必须进行破粉碎，以达到制备泥料的粒度要求。Mg-Cr 砖的生产过程中，将原料从 200mm 左右的大块物料破粉碎到 2.50.088mm的粉料，采用连续粉碎作业，并根据破粉碎设备的结构和性能特点，使用相应的设备。在此采用颚式破碎机、圆锥破碎机、双棍破碎机、雷蒙磨等对原料进行粉碎作业。鞍山科技大学本科生毕业设计第 9 页图（1-8）雷蒙磨鄂式破碎机双辊式破碎机破粉碎工艺流程通常有两类，即开流式和闭流式。其示意图如（1-9）所示。开流式的优点是流程简单，原料只通过破碎机一次。缺点是动力消耗大，生产效率低，且生产细粉过多，不利于提高制品的质量。闭流式的优点是粉碎效率较高，易于达到颗粒度的

33、要求。缺点是流程复杂，需要很多的附属设备。通常原料的破碎采用开流式，而粉碎采用闭流式。入料入料返回料筛机出料粉碎机A出料破粉碎工艺流程示意图A-开流式 B-闭流式粉碎机B图（1-9）2.1.5 筛分原料破粉碎后粗中颗粒混在一起。为了获得符合规定尺寸的颗粒组分，需要进行筛分。筛分是将粉碎物料通过单层或多层筛子按其尺寸大小不同分成若干粒度级别的过鞍山科技大学本科生毕业设计第 10 页程。物料的筛分也是物料的分级。耐火材料生产过程中，物料的级配是关键，关系到产品质量的好坏，而级配必须进行物料分级，这是筛分的目的之一。筛分过程中，通常将通过筛孔的物料称为筛下料，残留在筛孔上粒径较大的物料称为筛上料，在循环粉碎作业中，筛上料一般通过管道重返破碎机进行再粉碎。本设计的主要筛分设备是振动筛，其筛分效率高达 90%。原料筛分时，筛网孔径选择主要根据临界粒度要求而定。一般要比临界粒度稍大些，同时也要考虑到筛子的倾斜度。生产实践表