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      有色金属冶炼用耐火材料介绍

      • 来源:鑫富华耐火材料厂
      • 发布日期:2021-08-28
      有色冶炼用耐火材料

      有色冶炼是需要大量耐火材料的主要行业之一,但有色冶炼用耐火材料所占比例与钢铁冶金相比要小得多,一般只占4-7%。因而,有色冶金用耐火材料缺乏象钢铁冶炼用耐火材料那样深入系统触研究。随着有色金属冶炼技术的发展,耐火材料的使用条件日益荷刻传统的耐火材料已难以适应愈来愈高的要求,铝的产量在有色金属中居于首位,但电解铝用耐火材料韵研究甚少,因此探索电解铝用耐火材料对提高铝的产量质量和降低生产成本有重要意义。

      1、铝电解槽耐火材料的损毁机理

      世界上铝的大规模生产普遍采用霍尔电解法,即将氧化铝在950-980T3温度下熔化于冰晶石中电解还原,电解铝用耐火材料主要包括以下几种:碳阳极、电解质、阴极碳块、保温层、高铝砖、侧部碳砖、粘土砖等。

      在这种电解槽中,阴极装置至关重要,阴极提取的铝液聚积在磷砖制成的炉底上,为了隔热,在电解槽内壁及底部砌有多层耐火砖,耐火砖下面是几层保温层。

      在操作期间,尤其是刚投产时,由于热应力和底部碳同熔体成分发生反应,会引起体积变化,导致碳砖起拱和裂缝,从而使电解质和铝液等透过裂缝渗到阴极碳砖下,与耐火材料接触并发生作用。虽然耐火材料的寿命主要取决于底部碳砖,但是耐火材料的抗侵蚀性也超着重要作用,抗侵蚀性差的耐火材料使甩一定时间后会使赢部等温线明显下移,外壳温度升高,耗船急剧增加,寿命缩短。

      铝电解质对普通硅酸耐火材料的侵蚀后,电解质过剩的NaF,AIF3易与粘土砖反应,生成Al2O3&-NaAlSiO4和SiF4气体,使形成的灰白质层产生体积膨胀。(2)Na2O电能侵蚀耐火砖,使3A1203-2Si02转变成NaA1SiO4。(3)铝液直接侵蚀粘上砖的作用不大,但铝易与藩解在电解质中的莫来石(3A12O3-2SiO2)和霞石发生反应.置换出硅铁形成合金。(4)硅藻土保温材料抵抗电解质侵蚀能力差,一旦接触电解质就很快被侵蚀。(5)电解质对耐火材料的侵蚀随温度升高而加快。

      2、电解铝用耐火材料的改进

      电解铝用耐火材料的损毁主要是电解质的侵蚀I起的,降低电解质的侵蚀是关键。目前,我国电解铝用耐火材料主要是粘土砖和少量的高铝砖。这些耐火材料抗侵蚀能力比较差,为了延缓物料向电解槽侧部和底部内匍侵蚀,需要寻求一种气孔率小,钠侵速度低以及耐压强度比较高的耐火材料。近年来的趋势是向非金属氧化物高级耐火材料发展。非金属氧化物(如碳化硅砖)引入可以显著地提高生产能力。

      在铝电解中,导致耐火材料损坏的因素是多方面的。除了铝金属熔体及冰晶石的侵蚀作用时,还有熔体上方气相的侵蚀,氧化铝结壳下面循环熔体流的磨蚀以及电解槽上部和边缘内衬材料的氧化等。这些侵蚀作用不能单靠提高耐火材料性能来解决,而且需要从工程设计上,完善槽壁结构,充分年日用现有耐火材料的导热,抗侵蚀和耐磨特性等全面考虑。

      3、电解铝用耐火材料的损毁机理

           硅酸铝耐火材料仍是铝合金冶炼用的主要耐火材料。被侵蚀的主要机理是熔融铝还原了硅酸铝中SiO2,形成Al2O3和元素硅。使耐火材料结构发生变化,改变了材料的物理和化学性能,而且随着铝液中Si的增加,铝的熔点降低,将加剧合金向耐火材料的渗透。纯铝的熔点是660℃,而含11.7%硅的铝熔点降到557℃。

      大气中的氧气氧化渗入耐火材料中的金属使之产生鼓包,进而引起炉村开裂,使小型炉子生产能力下降。鼓包实质上是一种毛细现象,是液态金属通过毛细管渗透到硅的内部沉积,然后发生氧化的结果。 随Al2O3含量增加,奠来石和刚玉相增加,它们都是高熔点矿物,因而抗侵蚀性能增强。

      4、电解铝用耐火材料的选材与进展

            硅酸铝耐火材料中SiO2含量越高抗侵蚀性越差。我国高铝矾土资源丰富.在我国铝及铝合金冶炼工业使用高铝质耐火材料代替普通粘土砖(粘土耐火砖)是适宜的。

      非氧化物耐火材料近年来在铝及铝合金冶炼工业中使用逐渐增多。非氧化物耐火材料X特点是抗侵蚀性强,抗热震性好。

            虽然电解铝的寿命主要取决于阴极碳块的质量,槽衬安磺量和操作条件等,但炉役的长短与选择的阴极耐火材料也有直接关系。耐火材料的损毁主要由于球晶石、铝液等侵蚀引起的,选择致密抗侵蚀性强材料(如高铝碳化硅、碳化硅等)对提高电解槽寿命有明显作用。

            电解铝用粘土耐火砖的损毁因素,主要由于铝液向耐火材料的渗透?;乖璖iO2生成刚玉产生体积膨胀引起的提高耐火材料中氧化铝的含量以及采用添加封的方法可以阻止铝液昀渗透,增强耐火材料的稳定性。氮化硅、硼化锆、碳化硅等非氧化物耐火材料在铝及铝合金冶炼中显示出优、异性能。
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