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    有色金属冶炼对耐火材料的侵蚀来源

    添加时间:2022年6月20日  浏览次数:

    有色金属用工业炉的反应室和熔炼室,使用各种类型的耐火材料做内衬。提炼原生金属的大型炉子一般均用耐火砖,小型的重熔炉、保温炉和浇铸炉则主要用不定型耐火材料(捣打料、耐火浇注料和预制件)。一如既往,石墨-粘土-碳化硅坩埚的性能优异。溜槽和浇铸设备则使用特殊制品,诸如耐火纤维、纯氧化物、氮化物或金属陶瓷制品等。

    有色金属冶炼使用的耐火材料,约占耐火材料总产量的5~10%,现将与耐火材料应用有关的金属及其有关氧化物的一些密度,熔点以及氧化物的自由生成焓,性能列于下表。


    1.熔融金属的侵蚀

    熔融金属和耐火材料之间的氧化还原反应的可能性,可以从热动力学角度推断出来。自由生成焓的值(ΔGi)就表示这种反应的程度。(表)中示出氧化物生成的相应焓的值。自由生成焓的值(负数)越大,氧化物的稳定性就越高。(表)内示出的氧化物中,CaOMgO最稳定,也就是说,熔融的钙和镁能使多余的氧化物还原出来。

    耐火材料的润湿性取决于两相系之间的界面应力。润湿性根据润湿角确定。对润湿性发生影响的因素很多,包括气氛、接触反应(有时与时间有密切关系)、杂质、合金元素和耐火材料的气孔结构等等。例如铜熔体对AL2O3的润湿角,在熔体中的氧化亚铜含量升至5%时,会急剧变小,由163°下降为25°。被金属熔体浸渍的程度,取决于下列因素;熔体的表面张力和粘度、耐火材料的润湿性和气孔的孔径。表2已经有色金属熔体的有关数据一一列出。有色金属熔体的粘度低于铁熔体,有的与水的粘度相近。

    将理论推断和在试验室进行短期反应及润湿实验的结果,慎重地用于实际生产中,因为实际生产条件(如气氛、杂质和温度梯度)对耐火材料的使用寿命会产生重大的影响。再者,根据理论推断和实验结果还可了解耐火炉衬可能出现的损毁过程和耐火材料所引起的熔融金属中的杂质(如吸入氧气)。


    2.氧化物、渣和熔融盐的侵蚀

    用火法冶金处理有色金属时,会产生各种成分的炉渣。渣的来源是矿石中的脉石和选择性分离用的添加料。渣中含有硅酸铁、硅酸钙、硫和重金属、有时还有重金属氧化物。呈稀薄液体状态的FeO-CaO-SiO2系和MnO-SiO2系渣有强烈的侵蚀和浸渍作用

    重熔有色金属时,如没有熔池;げ,由于氧化,金属熔池表面会出现氧化物;再者,金属液会喷溅到熔池上方的耐火炉衬上去,并在该处氧化,这样,炉衬就受侵蚀,并形成厚厚的结瘤,即炉瘤。为了判断耐火材料对所产生的氧化物的反应性能,可以进行相平衡图分析,列出有色金属冶炼有关的重要三项参数;出现首次熔融物的低共熔温度(E),首次熔融物的成分(ZE)和产生的化合物(V);衔铮V)具有高耐火性能,可起;げ阕饔。

    3.气氛和蒸汽的作用

    炉子中往往是弱还原至强还原气氛占“统治”地位。CO的分解会在耐火制品的气孔中形成有破坏作用的碳,分解过程中,不仅是铁和氧化铁,连锌亦起催化作用。含水蒸气的气氛如接触到碳化硅砖、便会妨碍防止表面氧化的;げ愕男纬,或者破坏这种;げ。冶炼硫化物矿石时会产生二氧化硫,它会使MgO分解,形成MgSO4。金属蒸汽会很深地往耐火炉衬中扩散,并冷凝下来,产生分解破坏作用。

    4.有色金属熔炼炉耐火炉衬中的温度一般在950~1400℃范围内,在喷嘴和风口附近的温度比该温度高很多。进行吹洗气体处理,或者通过溜槽和管道运送熔融金属时,含尘气流、熔融金属和炉渣运动会产生机械冲刷和磨蚀应力。

    耐火炉衬的浸渍和渣化对耐火材料的热稳定性和高温强度产生不利影响,引起裂纹和剥落。熔融金属的强烈渗透和进入砖缝,致使整个炉墙有鼓起的危险。耐火炉衬的使用寿命取决于很多因素。由于近年来耐火材料的质量有了显著改善,炉子的结构及操作方法的影响也日益明显。

    关键词:有色金属   冶炼   耐火材料   侵蚀   
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