耐火材料在有色冶金行业的应用
1.生产氧化铝用耐火材料
(1)回转窑用耐火材料。回转窑分为预热带、烧成带和冷却带。烧成带的工作温度不高于1200℃,窑绝热层结构为先靠炉壳铺一层耐火纤维毡,然后用硅藻土砖、黏土质隔热砖或漂珠砖等隔热砖砌筑,也可用体积密度为0.8g/cm³轻质耐火浇注料整体浇灌。
(2)闪速焙烧炉用耐火材料。该炉组由闪速炉、预热炉,停留槽、流态化干燥器和冷却器等部分组成。最高工作温度为1100℃左右,炉体断面的物料最大流速约为30m/s。炉内物料整个焙烧过程是在高温、高速和不断改变流向的条件下进行的,因此对炉衬产生磨损。该炉衬体一般用高强度硅酸铝质耐火浇注料浇灌。
(3)氧化铝电解槽用耐火材料。铝电解槽的断面结构见图1。

1-钢底板;2-阴极钢棒导体;3-槽底炭块;4-侧壁炭块;5-电解质;6-预焙烧炭阳极;7-氧化铝;8-电解铝;9-黏土砖非工作层用氧化铝和冰晶石(Na₃A1F₆)熔剂组成电解质,将电解质溶液装进电解槽通电,在950~970℃的温度下,使其中的氧化铝分解为金属铝和氧。
铝电解槽的非工作层厚度一般为240~400mm,首先靠槽壳铺一层绝热板或耐火纤维毡,接着砌筑黏土质隔热砖或漂珠砖,也可浇灌体积密度为1.0g/cm³的轻质耐火浇注料,最后砌筑普通黏土砖;工作层采用碳质或氮化硅结合碳化硅质耐火材料砌筑,能抵抗铝液的渗透、氟化物和电解质及熔融钠盐的侵蚀,延长使用寿命。

2.铝熔炼用耐火材料
(1)反射炉用耐火材料。该炉分为固定式和倾动式两种,一般采用煤气或重油作燃料。铝的熔炼通常用固定式反射炉。反射炉非工作层用耐火纤维毡和黏土质隔热砖砌筑,熔池以上部位的工作层一般用黏土砖砌筑,也可用高铝质耐火浇注料预制块吊装或在现场进行浇灌或者用高铝质耐火可塑料捣打而成。
(2)转筒炉用耐火材料。该炉非工作层用黏土质隔热砖或漂珠砖砌筑,也可用体积密度为1.0g/cm³的轻质耐火浇注料浇灌或做成预制块砌筑;工作层用致密黏土砖或Al₂O₃含量大于55%的高铝砖砌筑。
(3)感应电炉用耐火材料。该炉炉衬一般用黏土砖或三等高铝砖砌筑。炉底有时先用高铝质耐火浇注料浇灌基层,然后再砌高铝砖。感应电炉容量小于10t时,其衬体可用Al₂O₃含量约为75%的高铝质耐火浇注料或耐火捣打料制作,也可用刚玉质耐火浇注料或干式振动料。
(4)保温炉及铝水罐用耐火材料。铝保温炉分为槽形感应炉、电阻加热池式炉和煤气膛式炉等。该类设备因工作温度较低,一般用黏土砖等材料作衬体,也获得了较高的使用寿命。
3.闪速熔炼炉
铜火法冶炼的主要流程与炼镍极为相似,仅在以下方面有差异:炼铜转炉的产品为粗铜,而炼镍转炉的产品为高冰镍(含镍高的镍锍);铜电解精炼用的是铜阳极板,而镍电解精炼用的是Ni₃S₂阳极板。
4.澳斯麦特炉与艾萨炉
图2示出了芬兰奥托昆普闪速炉与炉衬耐火材料。我国江西贵溪冶炼厂建有铜熔炼闪速炉,甘肃金川有色金属公司建有镍熔炼闪速炉。闪速炉主要由反应塔、沉淀池与上升烟道构成。其优点是矿石焙烧和熔炼结合在一起进行,反应迅速,能耗低,大大减轻了有色金属冶炼过程对环境的污染。

反应塔上部氧压较高,温度较低,塔壁形成了Fe₃O₄保护层,采用直接结合镁铬砖砌筑。熔铸镁铬砖生成难度大,生产率很低,成本高,近年来已被熔粒再结合镁铬砖所代替。塔顶为球形拱顶或吊挂平顶,采用直接结合镁铬砖。
5.诺兰达炉与白银炉
诺兰达熔炼炉是由加拿大开发出的,为一卧式长圆筒形熔池熔炼炉。我国大冶冶炼厂等建有此种炉。诺兰达炉生产能力大,能耗低,主要靠自热熔炼。诺兰达炉易损部位是风口、风口区、沉淀区渣线与出冰铜口。原来这些部位皆砌筑熔铸镁铬砖,现在除出冰铜口外,均已改用熔粒再结合镁铬砖。其余部位主要采用直接结合镁铬砖。
白银炉为我国研制开发。其原理与诺兰达炉相近。白银炉易损部位是熔炼区的风口与拱顶以及隔墙与沉淀区渣线部位。风口区用熔铸镁铬砖或熔粒再结合镁铬砖,渣线区用半再结合镁铬砖。
6.转炉
炼铜、炼镍吹炼多采用P-S转炉。P-S转炉为圆筒形卧式转炉。为提高炼镍转炉风口区镁铬砖的抗热剥落与结构剥落性,减轻铁硅渣与镍锍对其渗透与冲蚀,可以适当提高镁铬砖中的Cr₂O₃与Al₂O₃含量,降低Fe₂O₃与杂质CaO、SiO₂含量。砖中Cr₂O₃、Al₂O₃含量的增加,可提高砖内晶间尖晶石含量,提高直接结合程度与砖的强度,从而提高砖的抗铁硅渣与锍的渗透及抗冲蚀能力。
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