鋁工業(yè)爐用耐火材料

1、鋁工業(yè)爐用耐火材料成員：閆丹、蘭平一.鋁二.鋁工業(yè)爐三.鋁工業(yè)爐用耐火材料目 錄鋁鋁為銀白色輕金屬，有延展性。商品常制成棒狀、片狀、箔狀、粉狀、帶狀和絲狀在潮濕空氣中能形成一層防止金屬腐蝕的氧化膜。鋁粉和鋁箔在空氣中加熱能猛烈燃燒，并發(fā)出眩目的白色火焰。易溶于稀硫酸、硝酸、鹽酸、氫氧化鈉和氫氧化鉀溶液，不溶于水。以其輕、良好的導電和導熱性能、高反射性和耐氧化性而被廣泛使用。做日用皿器的鋁通常叫“鋼精”或“鋼種”。鋁工業(yè)制法1854年，法國化學家德維爾把鋁礬土、木炭、食鹽混合，通入氯氣后加熱得到NaClAlCl3復鹽，再將此復鹽與過量的鈉熔融，得到了金屬鋁。這時的鋁十分珍貴，據(jù)說在一次宴會上，法

2、國皇帝拿破侖獨自用鋁制的刀叉，而其他人都用銀制的餐具。泰國當時的國王曾用過鋁制的表鏈；1855年巴黎國際博覽會上，展出了一小塊鋁，標簽上寫到：“來自粘土的白銀”，并將它放在最珍貴的珠寶旁邊。1889年，俄國沙皇賜給門捷列夫鋁制獎杯，以表彰其編制化學元素周期表的貢獻。1886年，美國的豪爾和法國的海朗特，分別獨立地電解熔融的鋁礬土和冰晶石的混合物制得了金屬鋁，奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎。鋁1.在世界有色金屬生產(chǎn)中，鋁年產(chǎn)量居世界第一2.生產(chǎn)金屬鋁的方法兩步法： 第一步：用濕法從鋁礬土礦中制取工業(yè)氧化鋁； 第二步：以工業(yè)氧化鋁為原料，采用熔鹽電解法制取金屬鋁。3.生產(chǎn)過程中所用高溫爐窯：回轉(zhuǎn)窯、

3、閃速窯、熔鹽電解槽、熔鋁爐等。4.鋁工業(yè)爐的耐火材料消耗量很大。鋁1.2工業(yè)制鋁工業(yè)制鋁鋁 鋁消耗量大的原因在于： 在制取氧化鋁時，物料中堿性物質(zhì)對回轉(zhuǎn)窯耐火材料的侵蝕特別嚴重。在熔煉Al的過程中，即使在較低溫度下，金屬Al仍具有很強的滲透能力，一旦滲入磚內(nèi)，將與磚中的二氧化硅發(fā)生反應，把Si還原出來，破壞了耐火材料的組織結(jié)構(gòu)，使爐襯產(chǎn)生變質(zhì)層，疏松、剝落而損毀。其反應式為： SiO2+AlAl2O3+Si鋁因此： 含SiO2的耐火材料均不宜作為金屬鋁熔煉設備的筑爐材料。所以： 一般鋁工業(yè)爐用耐火材料，除高鋁磚外，常用碳質(zhì)制品。 鋁鋁從鋁土礦中提取鋁反應過程：溶解：將鋁土礦溶于NaOH熔液過濾

4、：除去殘渣氧化亞鐵(FeO)、硅鋁酸鈉等酸化：向濾液中通入過量CO2 .過濾、灼燒電解：氧化鋁OHNaAlO2NaOH2OAl22aq32（偏鋁酸鈉）3OHAl）（33222NaHCOOHAlOH2CONaAlO）（OH3OAlOHAl22323高溫）（232O3Al4OAl2通電注：注： 電解時為使氧化鋁熔融溫度降低，在Al2O3 中添加冰晶石(Na3AlF6)注：注： 不電解熔融AlCl3煉Al 原因：AlCl3是共價化合物，其熔融態(tài)不導電。鋁 1從整個工藝流程看，可分成提純和冶煉兩個階段；2NaOH溶解鋁土礦的目的是溶解氧化鋁3兩次過濾作用：除去雜質(zhì)和分離Al（OH）34把濾液酸化的作用

5、是生成Al（OH）35流程中用二氧化碳而不用鹽酸的原因是Al（OH）3可溶解在過量的HCl中鋁鋁工業(yè)爐2.1、氧化鋁用工業(yè)爐2.2、鋁電解槽2.3、鋁熔煉爐和保溫爐2.4、鋁水罐2.1生產(chǎn)氧化鋁用工業(yè)爐生產(chǎn)氧化鋁主要采用堿法，即堿石灰燒結(jié)法；其工藝過程：先將 (質(zhì)量比)小于4的鋁礬土、碳酸鈉、石灰混勻，于12001300煅燒生成 、 等，然后細磨、浸出、分離出 再將 焙燒脫水制得 。 一般采用回轉(zhuǎn)窯和閃速爐煅燒。322OAlONa232SiO/OAl2SiOCaO23OHAl）（32OAl3OHAl）（鋁工業(yè)爐鋁工業(yè)爐2.1.1回轉(zhuǎn)窯 回轉(zhuǎn)窯窯體為鋼板焊接而成的筒體，內(nèi)襯耐火材料。 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煅

6、燒過程為： 高溫火焰和被加熱物料在爐內(nèi)作逆向運動。堿石灰鋁礬土生料漿（含水40%）或氫氧化鋁（含水12%18%）由窯尾加入，經(jīng)低溫干燥脫水、加熱、高溫煅燒，從窯頭出料，而高溫氣體由窯頭向窯尾流動。因此，窯內(nèi)劃分為預熱帶和高溫煅燒帶。為防止?jié){料在加熱煅燒過程中粘結(jié)窯襯并強化傳熱過程，在耐火材料砌體間還設置有鏈條，在窯體轉(zhuǎn)動的過程中，不斷地打擊物料和襯磚，對窯襯有一定的損壞。所以回轉(zhuǎn)窯內(nèi)耐火材料工作環(huán)境惡劣，條件苛刻，它應當具有如下一些特性特性：鋁工業(yè)爐回轉(zhuǎn)窯內(nèi)耐火材料特性：抗堿侵蝕能力強；能長期處于12001300溫度下工作而不損壞；能承受動載荷的沖擊；能抵抗爐料的侵蝕；能耐高溫氣流的沖蝕。鋁工

7、業(yè)爐鋁工業(yè)爐2.1.2閃速爐一種強化生產(chǎn)的熔煉爐近年來，國內(nèi)主要氧化鋁廠家的氫氧化鋁焙燒已全部或部分引進的流態(tài)化焙燒裝置。 流態(tài)化焙燒裝置分流態(tài)化閃速爐、循環(huán)流化床焙燒床、懸浮陪燒爐3種爐型。 鋁工業(yè)爐鋁工業(yè)爐 鋁電解槽就是電解裝置，又是高溫冶金設備，電解槽的形式很多，但基本構(gòu)造是一致的，應用最廣的是密閉式自焙陽極電解槽。2.2、鋁電解槽鋁工業(yè)爐鋁電解采用冰晶石（六氟合鋁酸鈉)、氟化鋁、氟化鋰等熔液為電解質(zhì)，將AL2Q3加入電解槽，通電熔化。雖然Al2Q3熔點為2050，但在氟化鹽熔體中可降至970左右。在電場力的作用下，Al2Q3電離，Al在陰極聚集，可用真空泵吸入鋁水罐送去進一步處理和鑄錠

8、，陽極放出的氧與炭陽極反應生成CO2或CO。電化學反應放出的熱量使電解質(zhì)與鋁保持熔融狀態(tài)。所以，電解槽內(nèi)襯實際上既是導電材料（如槽底炭磚），又是高溫耐火材料。電解槽用耐火材料：能抵抗熔融氟化物的侵蝕；有良好的導電能力；少量或不含SiO2，以避免SiO2被金屬鋁還原同時要求氣孔率低和致密度高，以防鋁液滲漏。鋁工業(yè)爐2.3、鋁熔煉爐和保溫爐鋁熔煉爐和保溫爐有燃氣或燃油的固定式或傾動式反射爐，轉(zhuǎn)筒爐和感應電爐等。熔煉爐和保溫爐的操作溫度一般為7001000，其爐襯損毀的主要原因： 1、鋁液的滲透和沖刷；2、鋁及其合金中的鎂、硅、錳等活潑元素對爐襯中氧化物的強還原反應；3、合金元素如Mg蒸氣壓高，其蒸

9、氣比鋁液更容易滲入耐火材料，隨之又氧化，這些耐火材料變質(zhì)、結(jié)構(gòu)疏松和損壞，并使鋁液中Fe、Si雜質(zhì)含量增加； 4、鋁與合金元素的蒸發(fā)、氧化還會在耐火襯-鋁液-爐氣三相交界處附近生成Al2O3、MgO、SiO2、MgOAl2O3等高熔點氧化物形成結(jié)瘤。鋁工業(yè)爐頂加料園形熔鋁爐鋁熔煉爐和保溫爐鋁熔煉爐和保溫爐因此：因此：適應于鋁熔煉爐和保溫爐的耐火材料必須有：適應于鋁熔煉爐和保溫爐的耐火材料必須有： 較高的燒結(jié)強度；較高的燒結(jié)強度； 細小的氣孔直徑；細小的氣孔直徑； SiO2、Na2O、K2O含量低；含量低； 表面與熔液不潤濕等。表面與熔液不潤濕等。此外：此外： 爐襯還應具有在爐襯還應具有在800

10、的溫度下良好的的溫度下良好的燒結(jié)性能燒結(jié)性能。鋁工業(yè)爐2.4、鋁水罐鋁水罐盛鋁液的高溫容器。鋁水罐用耐火材料要求： 能耐鋁水的侵蝕； 能承受急冷急熱的作用； 保溫性好。鋁工業(yè)爐3.1生產(chǎn)氧化鋁用耐火材料3.2鋁電解槽用耐火材料3.3鋁熔煉爐和保溫爐用耐火材料3.4鋁水罐用耐火材料鋁工業(yè)爐用耐火材料鋁工業(yè)爐用耐火材料3.1生產(chǎn)氧化鋁用耐火材料生產(chǎn)氧化鋁用耐火材料回轉(zhuǎn)窯：回轉(zhuǎn)窯的絕熱層為靠窯殼鋪一層耐火纖維氈，然后用硅藻土、漂珠磚或輕質(zhì)粘土磚砌筑，現(xiàn)在有的改用輕質(zhì)耐火澆注料。預熱帶工作襯用粘土磚砌筑，高溫煅燒帶用高鋁磚或磷酸鹽結(jié)合不燒高鋁磚。目前，不定形耐火材料在鋁工業(yè)得到了廣泛應用，如在煅燒帶用

11、低鈣鋁酸鹽結(jié)合的耐火澆注料，窯口、窯頭罩、窯尾等部位用鋼纖維增強耐磨澆注料等?；剞D(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯鋁工業(yè)爐用耐火材料閃速爐閃速爐是先在爐殼上安裝耐熱鋼錨固釘或陶瓷錨固件，然后鋪一層20mm厚的耐火纖維氈，最后澆注200300mm厚的耐火澆注料。在 焙燒中，初生態(tài)的 的活性大，可能與 質(zhì)耐火材料中的游離 發(fā)生莫來石反應（也稱三次莫來石），使襯磚結(jié)構(gòu)破壞。同時因為對氧化鋁產(chǎn)品的質(zhì)量有很嚴格的要求，內(nèi)襯材料任何雜質(zhì)的混入都直接影響產(chǎn)品的性能。所以，焙燒爐主要采用 含量高（不小于45%）的澆注料和噴涂料。 3OHAl）（32OAl232SiOOAl2SiO32OAl閃速爐閃速爐電解槽電解槽過去過去： 電解槽內(nèi)

12、襯一般采用致密優(yōu)質(zhì)炭磚砌筑，非工作層為高鋁磚砌筑，絕熱層多采用輕質(zhì)高鋁磚和耐火纖維制品，并用鋼制殼體固定。但但：因碳與鈉反應形成新化合物，使磚襯結(jié)構(gòu)松弛，強度降低，磚襯出現(xiàn)裂縫。隨后電解質(zhì)和鋁液延裂縫滲入，在高溫下鋁會與碳反映生成AL4C3, AL4C3與碳結(jié)合松散，從而使裂縫擴展最終 導致電解槽槽殼變形及內(nèi)襯嚴重蝕損而縮短使用壽命。鋁工業(yè)爐用耐火材料3.23.2鋁電解槽用耐火材料鋁電解槽用耐火材料目前：電解槽槽底陰極材料開始采用導電能力高，抗侵蝕性能更優(yōu)的石墨制品。由于TiB2在導電性，抗鋁液與冰晶石的侵蝕性都很好，與鋁液潤濕性也好，有實驗報道在槽底炭塊上覆蓋一層TiB2涂層后，可降低電耗，

13、延長電解槽使用壽命。電解槽側(cè)墻炭磚最大的缺點是抗氧化性能差，強度低。為使側(cè)墻不氧化，又具有較大的電阻，并能抗鋁液和冰晶石的侵襲，現(xiàn)在鋁電解槽側(cè)墻已經(jīng)采用氮化硅結(jié)合碳化硅磚。采用這種磚砌筑后，不僅延長了使用壽命，減少了漏電，降低了電耗，還可以減少原來側(cè)墻的厚度，增加電解槽的容積。鋁工業(yè)爐用耐火材料電解槽在電解鋁的生產(chǎn)過程中，電解質(zhì)中的NaF等液體與蒸汽能通過槽底碳質(zhì)陰極深入到下面隔熱層中。隔熱層滲入NaF等后，熱導率增大，碳質(zhì)陰極溫度就會降低，若其溫度降至850以下，NaF就會在碳質(zhì)陰極內(nèi)結(jié)晶，使炭磚鼓脹、破壞。為保證碳質(zhì)陰極內(nèi)溫度在850以上，其辦法就是在碳陰極與隔熱材料之間鋪一層防滲料，使N

14、aF等不能滲入到隔熱層，又具有良好的保溫性能。鋁工業(yè)爐用耐火材料電解槽鋁工業(yè)爐用耐火材料電解槽鋁熔煉爐和保溫爐鋁熔煉爐和保溫爐鋁熔煉爐反射爐接觸鋁液的工作襯，一般采用Al2O3含量為80%85%的高鋁磚砌筑；熔煉高純金屬鋁時，采用莫來石磚或剛玉磚。在爐床斜坡和裝廢舊鋁料等易侵蝕和磨損的部位，用氮化硅結(jié)合氮化硅磚。流鋁槽和出鋁口等部位，鋁液沖刷嚴重，一般采用自結(jié)合或氮化硅結(jié)合的碳化硅磚，也有用鋯英石磚做內(nèi)襯；輸送鋁液管道的好材料鈦酸鋁具有線膨脹系數(shù)低，抗熱震性好，熱導率低，保溫性能好等優(yōu)點不接觸鋁液的爐襯不接觸鋁液的爐襯，一般采用，一般采用粘土磚、粘土質(zhì)耐火粘土磚、粘土質(zhì)耐火澆注料或耐火可塑料。澆注料或耐火可塑料。鋁工業(yè)爐用耐火材料鋁熔煉爐和保溫爐鋁熔煉爐和保溫爐熔煉鋁及鋁合金的感應爐常為工頻或中頻坩堝式感應電爐，爐襯材料一般為高鋁質(zhì)干式搗打料，或在氧化鋁質(zhì)干式搗打料中添加碳化硅SiC與Al2O3的作用可形成致密的燒結(jié)層，不易發(fā)生漏液問題。爐襯表面還可以涂上與鋁液不潤濕的石墨、碳化物、氮化物等，阻止鋁液的滲透。鋁工業(yè)爐用耐火