【变废为宝】：看铝铬渣如何华丽变身潜力极大的高性价比耐火原材料！
金属铬因其自身的高熔点、高强度，耐腐蚀，以及具有能改善钢制品的强度、抗腐蚀、抗磨损、抗氧化和耐高温等特性，故而在钢铁冶金中得到广泛应用。在自然界中不存在金属铬，其主要以FeCr2O4的形式存在于铬铁矿中。此外，金属铬还可用于高温合金、电阻合金、精密合金和非铁基合金等的冶炼，以及作为添加剂应用于耐火材料和金属材料。当前，国内采用铝热法且以氧化铬为原料来生产金属铬，但会相应产生金属铬的副产品——铝铬渣。
（铝铬渣颗粒）
铝铬渣经电弧熔融、均化或经电炉碳化还原后所得的再生耐火原料。具体生产工艺流程如图1所示。
图1铬刚玉低成本合成制备工艺流程图
01
铬刚玉及电熔刚玉的基本性能
(1)理化指标
表1为铬刚玉和电熔刚玉的化学成组。从表3可见，低钙铬刚玉中w(Al2O3+Cr2O3)297%，而高钙铬刚玉w(Al2O3+Cr2O3)295%，电熔刚玉w(Al2O3)296%。低钙铬刚玉纯度相对较高，可作为高档耐火材料的原材料使用，例如：特别适合于有色铜冶炼用耐火材料、垃圾熔融焚烧炉炉衬用耐火材料、水煤浆加压气化炉内衬、炼锌电炉、炼锌挥发窑内衬。高钙铬刚玉和电熔刚玉可同样可用于有色冶炼，还可用于作为铁沟、铁水包用耐火材料的原料。
表1铬刚玉和电熔刚玉的化学组成
表2为电熔铬刚玉及电熔刚玉的物理指标。几种常用刚玉的理化指标列于表3。由表2和表3对比，发现铬刚玉的物理指标优于电熔棕刚玉，与电熔致密刚玉接近。
表2电熔铬刚玉及电熔刚玉的物理指标
表3各类电熔刚玉指标
(2)铬刚玉的物相组成
图2为铬刚玉和电熔刚玉的XRD图谱，从图2可发现，铬刚玉的主晶相为铝铬固溶体，电熔刚玉的主晶相为刚玉相(α-Al2O3)。
图2电熔铬刚玉与电熔刚玉的XRD图谱
02
电熔铬刚玉制备澳斯麦特炉内衬砖
原料由铬刚玉、铬绿，铬铁矿。设计配方中骨料总量为65%，细粉总量为35%，添加剂为α-Al2O3、PSZ。
与辽宁某炼铜厂取得的现场使用砖(0#)与实验砖(1#、2#、3#、4#)及镁铬砖和镁铁砖在实验室用感应炉进行抗铜锍及铜渣试验，结果如图3所示。
图3中试试验抗渣结果对比
从图3中可发现，除了镁铁尖晶石质耐火材料的抗渣性能最差以外，其他几组中试验配方的抗渣性能差别不明显。表4为中试实验样块与现场使用砖(0#)性能对比。
表4中试试验样块与现场使用砖性能指标对比结果
工业化生产铬刚玉砖(1#)、(2#)与现场用产品(0#)抗渣结果比较如图4所示。
图4 工业化生产砖与现场使用砖的抗渣结果对比
工业生产产品质量指标与现场使用砖的各项指标对比如表5所示。
表5工业化生产砖与现场使用砖的指标对比
工业化生产铬刚玉砖的性能指标与现场使用产品的性能指标对比表明，各项性能指标相当。从2017年2月24日开始使用，至目前还在正常使用之中。
03
铬刚玉质耐火材料在玻璃熔窑的应用
铬刚玉质是所有耐火材料中抗玻璃液侵蚀最强的耐火材料之一，因此可以用以矿棉熔窑与玻璃接触部位;保温棉熔化玻璃接触部位;玻璃窑炉的池壁贴补砖;受严重侵蚀的蓄热室小炉及靶墙部位;钠钙玻璃窖炉的关键部位区域如加料端拐角砖及墙体砖。
铬刚玉中的Al2O3/Cr2O3固溶体是一种特别的晶相结构，结构比单一的Al2O3和Cr2O3更加致密，使得它比纯刚玉相具有更强的抗侵蚀性能，并且大大减少了Cr3+向Cr6+的转变。
RHI奥镁的铬刚玉材料，氧化铬含量从10%到70%的各品种铬刚玉产品都有生产，如表6所示。
表6奥镁公司生产的铬刚玉材料指标及典型应用
04
铬刚玉质耐火材料在炭黑反应炉的应用
当炭黑炉内存在一定氧分压情况下，碳会生成CO，CO沿着反应炉内衬中气孔通道扩散到内部，导致材料气孔内CO相对分压增大，从而发生反应：2CO(g)→C(s)+CO2(g)。
生成的这种C和部分炭黑生产过程生成的超细度C将沉积在耐火材料的气隙内，导致耐火材料的膨胀开裂或还原耐火材料组分，破坏耐火材料的结构。同样，反应产物H2对耐火材料组分也起破坏作用。另—方面，燃料油和原料油热解后产生的灰分(如V、Ni、Na、Ca、S等的氧化物)对耐火材料也有相当的破坏作用。
炭黑反应炉(燃烧段、喉管段、反应段)内衬材料在使用过程主要承受超高温(1900℃)和反应产物C、CO、H2及灰分的化学侵蚀、高温熔损、高速气流冲刷及停开炉热震等作用。因此，炭黑反应炉内衬耐火材料应具备如下特性：
(1)高的耐火度，在高温下不软化，不变形;
(2)优良的高温体积稳定性和强还原气氛下的稳定性;
(3)较强的抗熔灰侵蚀性;
(4)高的高温强度，以抵抗高速气体的冲刷;
(5)良好的抗热震性。
炭黑反应炉用铬刚玉质耐火材料性能指标如表7所示。
表7炭黑反应炉用铬刚玉质耐火材料性能指标
05
铬刚玉质耐火材料在垃圾焚烧炉的应用
随着城市化进程的加快，城市垃圾处理技术也在加快，要求也在提高。垃圾的处理方法包括生物处理、热处理、焚烧法等。焚烧法是目前使用最多的处理方法。焚烧法使用的焚烧炉有间歇式焚烧炉、炉箅式焚烧炉、CAO(控气型分解垃圾处理技术，ControlledAirOxidation)焚烧系统、流化床式焚烧炉、回转窑式焚烧炉等。垃圾熔融焚烧炉(灰熔炉)炉衬用耐火材料中，一般含有氧化铬的耐火材料表现出良好的抗侵蚀性能;当燃烧温度高于1250℃时，采用铬刚玉制品。熔融炉类型、工作气氛和典型耐火材料的使用情况见表8,灰熔融炉用耐火砖的主要性能指标如表9所示。
表8熔融炉类型和工作气氛及使用的典型耐火材料
表9灰熔融炉用耐火砖的主要性能指标
对于氧化气氛，不能使用C-SiC砖和SiC砖，而使用Al2O3-Cr2O3材料和Mg0-Cr2O3材料，它们都具有非常优良的耐侵蚀性能。一般情况下，Al2O3-Cr2O3材料随碱度的提高侵蚀速率增大，故主要用于碱度相对较低的熔融炉。
06
铬刚玉质耐火材料在钢包透气砖的应用
目前含铬的钢包透气砖中的Cr2O3—般以铬绿微粉形式加入，加入量(w)为2%〜3%，已有研究表明，加入部分铬刚玉原料既可以提高制品的强度，又可以降低透气砖的生产成本。
07
铬刚玉质耐火材料在其他领域的应用
铁合金厂的回转挥发窑烧成带使用铬刚玉砖，可使回转窑烧成带的使用寿命大大提高。炼钢转炉风口砖、炼锌电炉内衬、锌挥发窑内衬用砖都使用这种铬刚玉砖;还可用于加热炉的平台砖;煤焦浆气化炉;硫磺回收炉内衬、钢包水口座砖等。
08
结语
(1)采用金属铬冶炼过程中产生的固体废弃物作为原料，利用适当的冶炼工艺，经纯化、均化、成分调配处理后，可合成有效成分大于97%的耐火原料——电熔铬刚玉。
(2)经性能检测，铬刚玉和电熔刚玉的耐火性能完全满足耐火材料生产厂家制备中高档耐火材料的要求，且这三种再生原料的价格合理。
(3)铬刚玉可用以制备高档耐火材料，使用于有色冶金、垃圾焚烧炉内衬、水煤浆加压气化炉等关键部位。