耐火材料在冶煉爐使用中出現(xiàn)掛渣及剝落分析

 

冶煉爐及耐火材料介紹

1.保溫爐用耐火材料

鋁保溫爐分為槽形感應(yīng)爐、電阻加熱池式爐和煤氣膛式爐等。該類設(shè)備因工作溫度較低，一般用粘土磚等材料作襯體，也獲得了較高的使用壽命。

2.槽形感應(yīng)爐用耐火材料

槽形感應(yīng)爐的襯體結(jié)構(gòu)為先靠爐殼鋪10mm的石棉板或耐火纖維氈，再砌筑粘土質(zhì)隔熱耐火磚或漂珠磚作絕熱層;爐子的工作層和線圈周圍襯體普遍采用粘土質(zhì)耐火搗打料搗制，也可用粘土質(zhì)耐火澆注料現(xiàn)場澆灌，大型槽形感應(yīng)爐的工作層，也可用Al2O3含量大于55%的高鋁耐火磚砌筑。

3.電阻加熱池式爐

電阻加熱池式爐非工作層用粘土質(zhì)隔熱耐火磚、漂珠磚或隔熱板砌筑。也可用體積密度為 0.8g/cm3的輕質(zhì)耐火澆注料整體澆灌;熔池工作層采用Al2O3含量約為80%的高鋁耐火磚砌筑，也可用體積密度為2.4g/cm3的高鋁質(zhì)耐火火澆注料澆灌。熔池以上部位的工作層一般用粘土磚或耐火澆注料預(yù)制塊砌筑，也可用高鋁質(zhì)耐火可塑料搗制。

4.煤氣膛式爐

煤氣膛式爐由爐底、爐墻和爐頂組成。可單獨(dú)使用，為了節(jié)約能源，便于管理，也可與煉鋁反射爐聯(lián)合使用。其爐襯材質(zhì)為粘土磚和高鋁耐火磚。

 

5.鋁水罐用耐火材料

鋁水罐是用于盛裝鋁液、運(yùn)輸和澆鑄的熱工設(shè)備。該罐壁非工作層用粘土質(zhì)隔熱耐火磚砌筑，也可用體積密度為1.5g/cm3的 輕質(zhì)耐火澆注料澆灌。其工作層則用粘土磚或高鋁耐火磚砌筑，也可用氧化鋁空心球耐火澆注料整體澆灌;罐底采用高鋁耐火磚砌筑，或用剛玉耐火澆注料整體澆灌，其表面涂抹耐火涂抹料作保護(hù)層。鑄口因受鋁液的沖剮和侵蝕，一般用碳化硅磚、剛玉磚或熔融石英磚砌筑。中國普通用塞棒裝置控制鋁水罐鋁液的澆注。

6.鋁精煉用耐火材料

精煉所用熱工設(shè)備為電解槽。該槽槽壁用鎂磚砌筑，其余部位用粘土磚和高鋁耐火磚，電解時，槽溫度一般為720-800℃，槽襯使用條件好，操作溫度低，因此使用壽命較長。   

 

耐火材料掛渣層形成的原因

在耐火材料中的滲透熔融狀態(tài)的銅锍具有良好的流動性。由于在反應(yīng)塔耐火爐襯的表面覆蓋著一層致密的以磁性氧化鐵為主要組成的掛渣層，因此濺落到壁面的熔锍并不直接滲透進(jìn)入磚體，而是首先沿著掛渣的硅酸鹽通道滲入渣內(nèi)，并與渣內(nèi)物質(zhì)相互作用，在渣的不同深度生成Cu或Cu2O等物質(zhì)。

反應(yīng)塔壁面的掛渣雖然有效地阻止了銅锍的直接侵入，但是并不能杜絕熔锍對磚襯所造成的蝕損。透過渣層，仍有少量熔锍可以滲透通過，然后沿著磚體的氣孔或裂縫等毛細(xì)管通道滲入磚內(nèi)。由于越靠近磚中心，氧勢越高，因此進(jìn)入磚體后的銅锍很容易發(fā)生氧化反應(yīng)。反應(yīng)后生成的Cu2O存在于磚襯主晶與基質(zhì)之間，并未見滲透進(jìn)入其它晶粒內(nèi)部。

熔融氧化銅（CuO-Cu2O在1140℃時的低共溶物）的滲透將引起磚熱導(dǎo)率的增大，隨之而產(chǎn)生爐襯的強(qiáng)烈透熱、剝落和膨脹，其中Cu氧化成CuO，體積膨脹75%；氧化成Cu2O，體積則增加64%。因此，從微觀結(jié)構(gòu)看，熔锍對反應(yīng)塔爐襯的腐蝕主要為銅锍的滲透、反應(yīng)及其產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

 

耐火材料剝落分析

對與耐火材料相鄰層進(jìn)行的EDX分析表明，它主要是由磁鐵礦石組成，還含有少量溶解的生石灰；相鄰層中鉻和鎂含量少，這表明耐火材料在鐵酸鈣爐渣中的溶解度很低。在相同溫度和接觸時間下，這種耐火材料受鐵酸鈣爐渣侵蝕的程度比受含鐵硅酸鹽爐渣侵蝕的程度要低。大部分氧化鎂基耐火材料容易被爐渣滲透，這個問題是此類耐火材料所特有的。不過，也有一個例外。為耐火材料顯微結(jié)構(gòu)。這是一種低氣孔硅酸鈣結(jié)合的氧化鎂質(zhì)耐火材料。

 

爐渣對這種材料的滲入量很小，這主要是因為形成了一層起阻擋作用的固體鎂方鐵體層。該相中的FeZ抑制了CL發(fā)射，從而形成一個暗區(qū)，把右邊沒受侵蝕的氧化鎂顆粒同左邊的凝結(jié)爐渣其它方鎂石基耐火磚在與爐渣接觸時也形成了鎂方鐵體層，但顯示出的耐滲透性要低得多；耐火材料的低氣孔或許是造成不同結(jié)果的原因所在。

這種耐侵蝕性有其潛在的意義，這主要是因為它可防止氧化銅侵人耐火材料，從而把對大部分銅冶煉爐耐火材料造成沖擊的剝落現(xiàn)象減少到低限度。不過，氣孔度較低的耐火材料的熱震是一個頗需關(guān)注的問題。把一定數(shù)量的尖晶石顆粒作為結(jié)合相添加在耐火材料V中，會使磚的耐滲透性更強(qiáng)：然而，磚卻很容易受到滲透，致使滬渣中的鐵離子逐步取代原顆粒中的鎂，隨之形成的毒化作用使CL顯微結(jié)構(gòu)中的顆粒發(fā)暗。

 

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