炼铝会用(yòng)到哪些耐火材料？
2023-07-28 11:59:36 点击：
有(yǒu)色冶炼主要分(fēn)為(wèi)以下几大块：炼铝、炼铜、炼铅、炼锌、炼镍、金银，在此逐个介绍这些有(yǒu)色冶炼用(yòng)的耐火材料。
在世界有(yǒu)色金属生产中，铝的年产量占据重要位置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超过其他(tā)有(yǒu)色金属。铝工业每年消耗的耐火材料比铜、铅、锌冶炼消耗的耐火材料的总量还多(duō)得多(duō)。金属铝的生产方法為(wèi)固定的 两步制取法:一，用(yòng)湿法从铝矶土矿中制取氧化铝;二，以工业氧化铝為(wèi)原料,采用(yòng)熔盐電(diàn)解法制取金属铝。生产过程中所使用(yòng)的高温窑炉有(yǒu)回转窑、熔盐電(diàn)解槽、熔铝炉等。
铝工业炉的耐火材料消耗量很(hěn)大。其原因在于,在制取AI2O3时，物(wù)料中碱性物(wù)质对回转窑耐火材料的侵蚀特别严重。在熔炼铝的过程中，即便在较低温度下，金属铝仍具有(yǒu)很(hěn)强的渗透能(néng)力，一旦渗入砖内，将与砖中的SiO2反应， 把Si还原出来，破坏了耐火材料的组织结构， 使炉衬产生变质层，疏松、剥落而损毁。其反 应:3SiO2 + 4Al —2Al2O3 + 3SiO
因此，含SiO2的耐火材料均不宜作為(wèi)金属铝熔炼设备的筑炉材料。所以一般铝工业炉用(yòng)耐火材料，除高铝砖外,常用(yòng)碳质制品。
一、氧化铝回转窑用(yòng)耐火材料
目前，由于原料的原因，我國(guó)氧化铝的生产流程大多(duō)采用(yòng)烧结法和联合法。铝矾土的干燥、煅烧，氢氧化铝的焙烧等工艺大多(duō)釆用(yòng)回转窑。近年来，引进的流态化焙烧装置已普遍使用(yòng)，但在一些老厂回转窑仍占较大的比重。
回转窑是氧化铝熟料的烧结窑。在制取氧化铝时，先将铝矾土与纯碱和石灰按比例配料装进回转窑，经过1200~1300℃煅烧后出窑，而后经适当处理(lǐ)制成氢氧化铝及母液;将氢氧化铝装进回转窑中，在I200℃的高温煅烧即可(kě)制成。回转窑内的煅烧过程為(wèi)：高温火焰和被加热物(wù)料在炉内作逆向运动。碱石灰铝矶土生料浆（含水40%）或氢氧化铝（含水12% ~ 18%）由窑尾加入，经低温干燥脱水、加热、高温煅烧，从窑头出料而高温气體(tǐ)由窑头向窑尾流动。因此窑内分(fēn)為(wèi)预热带和高温燉烧带。為(wèi)防止浆料在加热煅烧过程中粘结窑衬和强化传热 过程,在耐火材料砌體(tǐ)间还设置有(yǒu)链条,在窑體(tǐ)作旋转运动过程中，不断地打击物(wù)料和衬砖，对窑衬的使用(yòng)寿命有(yǒu)一定的影响。
氧化铝生产用(yòng)回转窑窑體(tǐ)為(wèi)钢板焊接而成 的筒體(tǐ)，内衬耐火材料。耐火材料工作环境恶劣、条件苛刻。它应当具有(yǒu)如下一些特性:抗碱侵蚀能(néng)力强；能(néng)長(cháng)期处于1200~1300℃高温下工作而不损毁;能(néng)承受动载荷的冲击;能(néng)抵抗炉料的侵蚀;能(néng)耐高温气流的冲蚀。回转窑所使用(yòng)的耐火材料以高铝砖為(wèi)主，低温干燥窑则使用(yòng)黏土砖做内衬。
现在,不定形耐火资料在铝工业得到了广泛的运用(yòng)，在回转窑的窑口由于受到物(wù)料的高 温磨损和热震应力的作用(yòng),窑口极易变形损坏；在氧化铝熟料窑的过渡带，环境温度為(wèi)400~ 1000℃：，受碱腐蚀和机械性损坏（震动、歪曲）严 重，内衬经常脱落。回转窑也有(yǒu)用(yòng)钢纤维增强浇注料的，主要用(yòng)在预热带、窑口、窑尾、冷却机。
氢氧化铝焙烧是氧化铝生产进程中的结尾一道工序，主要是烘干氢氧化铝滤饼中的附着水、结晶水，并将一部分(fēn)β型氧化铝转化成α型氧化铝。现在國(guó)内主要氧化铝厂家的氢氧化铝 焙烧已悉数或部分(fēn)釆用(yòng)引入的流态化焙烧装 置。流态化焙烧设备分(fēn)流态化闪速焙烧炉、循 环流化床焙烧炉、悬浮焙烧炉3种炉型，尽管所运用(yòng)的耐火材料不尽相同，但都很(hěn)多(duō)运用(yòng)不定形耐火资料（耐火可(kě)塑料或耐火浇注料），其用(yòng)量占所用(yòng)耐火资料的50%~70%。流态化闪速焙烧炉的不定形耐火材料悉数从德國(guó)引入, 循环流化床焙烧炉的耐火材料悉数為(wèi)國(guó)内生产。
氧化铝气體(tǐ)悬浮焙烧炉是用(yòng)来焙烧氢氧化 铝的专用(yòng)设备，其工艺及自动化水平都很(hěn)高,焙 烧进程在高温炉體(tǐ)的作业温度约1200℃,高风速 的条件下完结，同时由于所处理(lǐ)的氧化铝物(wù)料 硬度较大,流动性好,对氧化铝产品的质量有(yǒu)很(hěn)严厉的要求，内衬资料任何杂质的混入都直接影响产品的功能(néng)，因而要求耐火资料须满足下列条件:耐高温、耐磨损、强度高、热稳定功能(néng)好，整體(tǐ)性好，密封性强。
電(diàn)解槽是生产電(diàn)解铝的核心设备,電(diàn)解槽通常為(wèi)矩形钢壳，内衬炭砖。電(diàn)解 槽中悬有(yǒu)一炭阳极，其炭质槽底為(wèi)阴极。铝電(diàn)解选用(yòng)冰晶石、氟化铝、氟化锂等熔液為(wèi)電(diàn)解质，在970℃左右将AI2O3熔化,在電(diàn)场力的作用(yòng)下電(diàn)离，電(diàn)解复原出来的金属铝熔體(tǐ)沉积于槽底阴极，阳极放出的氧与炭阳极反响生成 CO2或CO。電(diàn)化學(xué)反响放出的热量使電(diàn)解槽 与铝保持熔融状况，一定时间从槽内放出的铝液,并向槽内添加定量的氧化铝与冰晶石; 電(diàn)解温度為(wèi)900~ 1000℃。
在電(diàn)解槽底作业层一般用(yòng)炭块砌筑。但因碳与钠的反响构成新(xīn)化合物(wù)，砖衬结构松懈，强度降低，炭块呈现裂缝。随后電(diàn)解质和铝液沿裂缝进入，在高温下铝与碳反响 成与碳结合松散，从而使裂缝扩展,终导致電(diàn)解槽槽壳变形及内衬的严峻蚀 损而缩短运用(yòng)寿命。因而，電(diàn)解槽槽底阴极材料正由原来的无定形炭砖改為(wèi)选用(yòng)半石墨化炭砖或石墨化炭砖。
铝電(diàn)解槽侧墙内衬的损毁主要原因有(yǒu):从钢壳与砖衬间吸入空气引起资料的氧化;高温 下冰晶石、NaF和铝液的腐蚀;熔體(tǐ)流动造成的冲刷;温度波动及热膨胀引起热应力。
铝電(diàn)解槽的侧墙一直沿用(yòng)无定形炭块、石墨炭块等，这类资料严重的缺点是抗氧化功能(néng)差，强度低。為(wèi)了使侧墙不氧化,又(yòu)具有(yǒu)较大的電(diàn)阻,侧墙正朝着部分(fēn)或悉数选用(yòng)SiC 质材料方向发展。氮化硅结合的碳化硅砖运用(yòng)好。氮化硅结合的碳化硅砖,其具有(yǒu)优异的高温力學(xué)功能(néng)、导热性好，在内侧易构成冷凝渣；電(diàn)阻率大，削减侧壁的電(diàn)流丢失；材料不易被氧化;不与铝液、冰晶石等熔體(tǐ)起反应;机械强度高，还可(kě)大大削减衬砖厚度,添加電(diàn)解槽的容积，稳定操作。例如原来用(yòng)炭砖时侧墙厚度约200~400mm,釆用(yòng)氮化硅结合的碳化硅砖后侧墙厚度只要75 mm。
二、槽底下面的阻挡层
在電(diàn)解铝生产中，Na与NaF的蒸气和液 體(tǐ)能(néng)经过槽底阴极材料进入到下面隔热层。隔热层进入NaF等后热导率添加，電(diàn)解槽热效率降低,作业状况恶化，直至槽子破损。阴极材料下面“阻挡层”即在阴极耐火材料与保温材料间夹一层能(néng)阻挠電(diàn)解质渗透的资料，又(yòu)具有(yǒu)杰出的保温功能(néng)。一种新(xīn)式“阻挡层”材料干式防渗料现在得到了很(hěn)好的运用(yòng)。
三、熔炼炉和保温炉用(yòng)耐火资料
原生铝锭及废铝熔化与合金化常用(yòng)的熔炼炉多(duō)选用(yòng)燃气或燃油的固定式或倾动式反射炉，也有(yǒu)选用(yòng)電(diàn)阻反射炉、感应坩埚炉。熔炼炉内铝液和铝合金化的温度尽管只要 700〜800℃，但铝及其铝合金中的镁、硅与铜等都很(hěn)活泼，很(hěn)易与耐火材料中一些组元反应，造成耐火材料损坏。铝熔炼炉的腐蚀损坏机理(lǐ)主要是：
铝液易于进入耐火材料；
铝及其合金中的合金元素对一些氧化物(wù)具有(yǒu)很(hěn)强的复原能(néng)力，而且所产生的氧化还原反响是强放热反应;一些合金元素如镁具有(yǒu)很(hěn)高的蒸气压，其蒸气比铝液更易进入耐火材料，而且进入耐火材料后随之又(yòu)被氧化,终导致耐火材料质变、结构疏松和损坏；
在大型熔铝炉的熔炼进程中，由于不断添加铝锭及合金,铝锭及合金块对炉口、炉底 及炉墙的碰击及磨损十分(fēn)严峻；
铝锭及合金块的参加、铝液的流出、炉内温度的波动等，对耐火材料衬體(tǐ)造成热震损坏。
铝熔炼反射炉用(yòng)耐火材料要求抗铝液及镁蒸气的进入，有(yǒu)良好的抗磨损和抗热冲击功能(néng)等。铝熔炼反射炉接触铝液的炉衬，一般选用(yòng) AI2O3含量為(wèi)80%〜85%的高铝砖砌筑;熔炼高纯金属铝时，选用(yòng)莫来石砖或刚玉砖。在炉床斜坡和装废旧铝料等易腐蚀和磨损的部位, 用(yòng)氮化硅结合的碳化硅砖。流铝槽和出铝口等 部位,铝液冲刷严峻，一般选用(yòng)自结合或氮化硅 结合的碳化硅砖，也有(yǒu)用(yòng)错英石砖作内衬。出 铝口阻塞物(wù)，选用(yòng)真空浇铸的耐火纤维效果较 好。不触摸铝液的炉衬，一般选用(yòng)黏土砖、黏土 质耐火浇注料或耐火可(kě)塑料。流铝槽的内衬, 一般选用(yòng)碳化硅砖，也可(kě)选用(yòng)電(diàn)熔泡沫硅砖预制砖。
现在，随着熔铝炉的大型化、强化锻炼的要 求,高强抗铝渗透浇注料由于具有(yǒu)良好抗铝液 及镁蒸气的进入功能(néng)，有(yǒu)良好的抗磨损和抗热 冲击功能(néng)等得到了很(hěn)好的运用(yòng)。
