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    有色金屬冶煉用耐火材料介紹

    • 來源:鑫富華耐火材料廠
    • 發布日期:2021-08-28
    有色冶煉用耐火材料

    有色冶煉是需要大量耐火材料的主要行業之一,但有色冶煉用耐火材料所占比例與鋼鐵冶金相比要小得多,一般只占4-7%。因而,有色冶金用耐火材料缺乏象鋼鐵冶煉用耐火材料那樣深入系統觸研究。隨著有色金屬冶煉技術的發展,耐火材料的使用條件日益荷刻傳統的耐火材料已難以適應愈來愈高的要求,鋁的產量在有色金屬中居于首位,但電解鋁用耐火材料韻研究甚少,因此探索電解鋁用耐火材料對提高鋁的產量質量和降低生產成本有重要意義。

    1、鋁電解槽耐火材料的損毀機理

    世界上鋁的大規模生產普遍采用霍爾電解法,即將氧化鋁在950-980T3溫度下熔化于冰晶石中電解還原,電解鋁用耐火材料主要包括以下幾種:碳陽極、電解質、陰極碳塊、保溫層、高鋁磚、側部碳磚、粘土磚等。

    在這種電解槽中,陰極裝置至關重要,陰極提取的鋁液聚積在磷磚制成的爐底上,為了隔熱,在電解槽內壁及底部砌有多層耐火磚,耐火磚下面是幾層保溫層。

    在操作期間,尤其是剛投產時,由于熱應力和底部碳同熔體成分發生反應,會引起體積變化,導致碳磚起拱和裂縫,從而使電解質和鋁液等透過裂縫滲到陰極碳磚下,與耐火材料接觸并發生作用。雖然耐火材料的壽命主要取決于底部碳磚,但是耐火材料的抗侵蝕性也超著重要作用,抗侵蝕性差的耐火材料使甩一定時間后會使贏部等溫線明顯下移,外殼溫度升高,耗船急劇增加,壽命縮短。

    鋁電解質對普通硅酸耐火材料的侵蝕后,電解質過剩的NaF,AIF3易與粘土磚反應,生成Al2O3&-NaAlSiO4和SiF4氣體,使形成的灰白質層產生體積膨脹。(2)Na2O電能侵蝕耐火磚,使3A1203-2Si02轉變成NaA1SiO4。(3)鋁液直接侵蝕粘上磚的作用不大,但鋁易與藩解在電解質中的莫來石(3A12O3-2SiO2)和霞石發生反應.置換出硅鐵形成合金。(4)硅藻土保溫材料抵抗電解質侵蝕能力差,一旦接觸電解質就很快被侵蝕。(5)電解質對耐火材料的侵蝕隨溫度升高而加快。

    2、電解鋁用耐火材料的改進

    電解鋁用耐火材料的損毀主要是電解質的侵蝕I起的,降低電解質的侵蝕是關鍵。目前,我國電解鋁用耐火材料主要是粘土磚和少量的高鋁磚。這些耐火材料抗侵蝕能力比較差,為了延緩物料向電解槽側部和底部內匍侵蝕,需要尋求一種氣孔率小,鈉侵速度低以及耐壓強度比較高的耐火材料。近年來的趨勢是向非金屬氧化物高級耐火材料發展。非金屬氧化物(如碳化硅磚)引入可以顯著地提高生產能力。

    在鋁電解中,導致耐火材料損壞的因素是多方面的。除了鋁金屬熔體及冰晶石的侵蝕作用時,還有熔體上方氣相的侵蝕,氧化鋁結殼下面循環熔體流的磨蝕以及電解槽上部和邊緣內襯材料的氧化等。這些侵蝕作用不能單靠提高耐火材料性能來解決,而且需要從工程設計上,完善槽壁結構,充分年日用現有耐火材料的導熱,抗侵蝕和耐磨特性等全面考慮。

    3、電解鋁用耐火材料的損毀機理

         硅酸鋁耐火材料仍是鋁合金冶煉用的主要耐火材料。被侵蝕的主要機理是熔融鋁還原了硅酸鋁中SiO2,形成Al2O3和元素硅。使耐火材料結構發生變化,改變了材料的物理和化學性能,而且隨著鋁液中Si的增加,鋁的熔點降低,將加劇合金向耐火材料的滲透。純鋁的熔點是660℃,而含11.7%硅的鋁熔點降到557℃。

    大氣中的氧氣氧化滲入耐火材料中的金屬使之產生鼓包,進而引起爐村開裂,使小型爐子生產能力下降。鼓包實質上是一種毛細現象,是液態金屬通過毛細管滲透到硅的內部沉積,然后發生氧化的結果。 隨Al2O3含量增加,奠來石和剛玉相增加,它們都是高熔點礦物,因而抗侵蝕性能增強。

    4、電解鋁用耐火材料的選材與進展

          硅酸鋁耐火材料中SiO2含量越高抗侵蝕性越差。我國高鋁礬土資源豐富.在我國鋁及鋁合金冶煉工業使用高鋁質耐火材料代替普通粘土磚(粘土耐火磚)是適宜的。

    非氧化物耐火材料近年來在鋁及鋁合金冶煉工業中使用逐漸增多。非氧化物耐火材料X特點是抗侵蝕性強,抗熱震性好。

          雖然電解鋁的壽命主要取決于陰極碳塊的質量,槽襯安磺量和操作條件等,但爐役的長短與選擇的陰極耐火材料也有直接關系。耐火材料的損毀主要由于球晶石、鋁液等侵蝕引起的,選擇致密抗侵蝕性強材料(如高鋁碳化硅、碳化硅等)對提高電解槽壽命有明顯作用。

          電解鋁用粘土耐火磚的損毀因素,主要由于鋁液向耐火材料的滲透。還原SiO2生成剛玉產生體積膨脹引起的提高耐火材料中氧化鋁的含量以及采用添加封的方法可以阻止鋁液昀滲透,增強耐火材料的穩定性。氮化硅、硼化鋯、碳化硅等非氧化物耐火材料在鋁及鋁合金冶煉中顯示出優、異性能。
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