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铝冶炼用耐火材料 炼铝工艺过程主要是生产氧化铝，而后将氧化铝电解成金属铝并进行熔炼脱氢纯化处理，最后铸成铝锭。炼铝用的窑炉种类较多，炉子工作温度较低，使用条件较好，一般采用黏土砖和高铝砖等材料作衬体即可满足生产要求，而且使用寿命较长。 生产氧化铝用耐火材料 用铝矾土为原料先生产氢氧化铝。然后在950～1200℃的温度下煅烧，便获得氧化铝。煅烧氢氧化铝的热工设备一般采用回转窑和闪速焙烧炉。 (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。预热带工作层用翻土砖砌筑，烧成带工作层用高铝砖、低钙铝酸盐水泥结合高铝质不烧砖或磷酸结合高铝质不烧砖砌筑。冷却带工作层受烧成物料磨损较大，除采用致密黏土砖砌筑外，宜选用磷酸高铝质不烧砖砌筑。氧化铝生产用回转窑耐火材料见表1。
(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。即先在炉壳上焊接耐热钢锚固钉或安装陶瓷锚固件，然后铺一层20mm厚的耐火纤维毡，最后浇灌200～300mm厚的耐火浇注料，经烘炉后即可使用。 (3)氧化铝电解槽用耐火材料。铝电解槽的断面结构见图1。  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。 槽壁工作层一般用碳块砌筑，如采用碳化硅砖时，可减薄工作层，有利于扩大槽容量，提高其导热性、抗侵蚀性和机械强度，对高功率或快速冷却的铝电解槽尤为适用。例如原来用碳砖时侧墙厚度约200～400mm,采用氮化硅结合的碳化硅砖后侧墙厚度只要75mm。洛耐集团的氮化硅结合的碳化硅砖的性能指标见表2。同时。在碳化硅砖层表面上还可形成氧化铝与冰晶石的共熔物，保护槽壁工作层，延长使用寿命。槽底工作层用碳块砌筑，厚400～500mm,其中埋设有金属导体，周围用碳质耐火捣打料捣实而构成阴极内衬。电解槽生产初期，由于热应力作用和碳砖与铝液的化学反应引起砌体体积膨胀，使碳砖拱起或出现裂纹，致使电解质和铝液渗透到阴极内衬，影响其使用寿命。因此，碳块砌缝要求较小，以防渗漏。小型电解槽的工作层可用碳质耐火捣打料捣打成整体衬。铝电解槽衬体的平均使用寿命为3～4年。当用碳化硅砖作槽壁，用高效黏结剂砌筑槽底碳块时，其使用寿命可提高至4～7年。  铝熔炼用耐火材料 炼铝炉主要有反射炉、转筒炉和感应电炉等，操作温度一般为700～1000℃。该类炉子衬体的损毁主要是铝液的渗透和冲刷所致。其衬体一般用黏土砖、高铝砖及刚玉莫来石砖砌筑，也可用高铝质耐火浇注料和耐火可塑料制作，由于使用条件好，炉子寿命较长。 (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。熔池工作层根据使用要求不同，其材质也不同，一般情况下采用Al₂O₃含量75%以上的高铝砖砌筑，也可用Al₂O₃含量为80%的高铝质耐火浇注料浇灌成整体工作层。当熔炼高纯度金属铝时，熔池工作层宜用高纯度的莫来石砖、锆英石砖或刚玉砖砌筑，放铝口、流铝槽及其衬体，为了抵抗铝液的渗透和侵蚀，一般采用大型碳化硅砖砌筑。保温炉及其熔剂和合金料处理室用的耐火材料与反射炉的基本相同。当用电解铝液作原料时，首先从铝电解槽底部用虹吸管或真空包吸出铝液，然后运到反射炉，从装料口倒入。装料后，边加热边向熔池内吹入氧气进行脱氢处理。虹吸管内衬一般用耐火纤维增强轻质耐火浇注料作绝热层，也可用0.8g/cm³的黏土质隔热砖砌筑，其工作层普遍采用致密黏土砖或刚玉砖砌筑。真空包内衬的绝热层与虹吸管的相同，其工作层用优质黏土砖或高铝砖砌筑。在正常操作的情况下，反射炉及保温炉的使用寿命一般为2～5年。 (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。转筒炉炉龄一般为300～500炉次。当添加盐类熔剂熔炼铝块时，因化学侵蚀加剧，其炉龄有所降低。 (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。炉子感应器线圈周围的衬体，一般采用刚玉质耐火浇注料整体浇灌或用干式振动料振动密实。由于原料种类和操作条件的不同，炉子使用寿命也有差异，一般炉龄为0.5～4年。在使用期间，线圈周围的衬体等易损部位应进行1～5次小修。 (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。 铜、镍冶炼用耐火材料 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。 闪速熔炼炉 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。
图2 芬兰奥托昆普闪速炉与炉衬耐火材料 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。塔的下部端墙与侧墙以及沉淀池渣线部位侧墙，由于所处温度高并经受高温熔体的冲刷，熔渣和锍的渗透与侵蚀，环境恶劣;因此这些部位都砌熔铸镁铬砖并安装有水冷铜套。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。 澳斯麦特炉与艾萨炉 澳斯麦特(Ausmelt)熔炼法与艾萨(Isa)熔炼法同是澳大利亚所发明，都拥有顶部喷吹浸没式喷枪技术。两种熔炼炉只是在炉体结构与燃料补充上有些差异。两种炉体下部外壳与耐火材料之间安装有水冷铜(或钢)套以降低和稳定炉温，减轻炉衬的蚀损。 侯马冶炼厂引进了2台澳斯麦特炉，一台是铜熔炼炉，另一台为铜吹炼炉。引进时的配套砖是奥镁公司生产的镁铬砖(每吨约2万元，其性能指标见表3)。这种砖用在澳斯麦特熔炼炉上，炉衬寿命仅90天;但用在澳斯麦特吹炼炉上，寿命却达半年以上。锦州长城耐火材料公司根据这一化学热力学分析结果，研制开发出了铬铝尖晶石砖(见表3),并砌在侯马冶炼厂澳斯麦特熔炼炉上试用，证明用这种砖现在炉衬寿命已达1年半以上。
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。 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。 铅、锌火法冶炼用耐火材料 我国铅、锌矿储量丰富。炼铅、炼锌用的矿物有：方铅矿(PbS)、铅锌矿与闪锌矿(ZnS)。若为铅锌共生矿，则需采用能同时生产出粗铅与粗锌的工艺。若为单一的硫化铅矿，则采用直接炼铅法。 氧化底吹熔池直接炼铅炉（QSL法） 此法是将硫化矿的烧结焙烧与还原熔炼同时在一个炉内完成。该炉密闭、硫回收率高，符合环保要求。QSL炉侵蚀最严重的部位是氧化区喷嘴的镁铬底吹砖(包括座砖)。蚀损严重的原因可能是该部位氧压较高，镁铬砖中Cr₂O₃可能转变为CrO₃;而铅液由于密度大(10.6g·cm⁻3),流动性好，易渗入底吹砖中，渗入的Pb氧化为PbO,熔点为886℃,以及PbO属碱性氧化物与Cr₂O₃形成了低熔点的铬酸铅化合物(熔点只有800℃左右),导致镁铬砖的结构与强度恶化，因此很容易被冲刷蚀损。所以，此部位应用锆刚玉砖作为氧气喷嘴与座砖。 铅锌密闭鼓风炉（ISP法） 铅锌密闭鼓风炉是英国帝国冶炼公司开发出的，又简称为ISP法，即帝国熔炼法。该法可处理铅锌共生矿，但不适宜湿法提取的高铁铅锌矿。密闭鼓风炉炉身砌耐磨性好的高铝砖或红柱石砖。根据熔渣的化学成分，显然，炉缸、前床应采用含Cr₂O₃耐火材料;一般炉缸采用直接结合镁铬砖，前床则砌铬渣砖。冷凝器与转子由于要求导热性要好，耐冲刷、侵蚀，采用碳化硅质耐火材料。 竖罐炼锌蒸馏炉 竖罐炼锌蒸馏炉由竖罐(包含上延部、罐体和下延部)、燃烧室、换热器、冷凝器等组成。罐体采用碳化硅质耐火材料砌筑。冷凝器导热性要好，也是采用碳化硅质材料。 粗锌精熘炉 锌精馏炉由熔化炉、燃烧室、精馏塔和冷凝器等组成。碳化硅质耐火材料由于化学稳定性好、高温强度大、热导率高、抗热震性好、耐磨、抗冲刷、金属熔体对其润湿性差、抗金属蒸气侵蚀等优点，适宜用于还原气氛。因此，锌精馏炉的塔盘、冷凝器与转子等都采用优质碳化硅质耐火材料。锌精馏炉寿命达10年左右，燃烧室黏土砖寿命在2～3年。 锌浸出渣挥发窑 在锌的生产中，湿法提取锌占有很大比例，但湿法提取锌后，其稀硫酸浸出渣中仍含有不少Zn、Pb、In、Ge等有价值金属的一些氧化物或硫化物。浸出渣中含锌高达15%~20%、铅0.7%～6.0%。挥发窑就是用来回收浸出渣中的锌。 挥发窑的挥发反应段现在以砌筑镁铝铬砖(以MgO-MgO·Al₂O₃为大颗粒，镁砂与铬精矿为中颗粒与细粉制的砖)或铬渣砖较好。 |
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