下面介紹下有色金屬爐襯損毀機理。有色金屬的冶煉溫度一般比較低,但是,CuO2、NiO、ZrO、PbO和SnO等氧化物在熔融狀態下具有較強的堿性,冰銅、砷銻硫化物和熔渣等物質在冶煉過程中具(I較大的流動性和侵透能力,另外還有酸氣的侵蝕。有色冶金爐在上述條件下工作,對爐襯的侵蝕非常激烈,恃別是渣線區屬的爐襯損毀速度更快。因此,有色冶金爐的使用壽命并不高,耐火磚的消耗則是比較多的。
有色冶金爐的爐襯損毀機理主要是熔融金屬、金屬氧化物或熔渣的浸透和溫度應力的作用而造成的。在窯爐襯體中存在著溫度梯度,當熔融金屬、氧化物或熔渣沿著襯體的縫隙或氣孔滲透到縱深內部時,則發生三種情況:1)熔融金屬發生氧化、還原成形成低熔點的礦物,致使襯體進到侵蝕,或產生龜裂剝落;2)熔融金屬或氧化物發生沉枳,造成耐火磚襯體膨脹而塌落;3)強堿性的熔融金屬或熔渣,流動性很強,對耐火磚的沖刷和侵蝕較為嚴重。
銅的熔點為1083℃。在冶煉過程中,熔融金屬銅向襯休內部滲透,發生氧化并伴隨著體積的膨脹。當銅氧化成CuO2時,體積增大0.64倍,氧化成CuO時,則體積增大0.75倍。這就是說,在銅熔煉爐襯體的斷而上,由于溫度的不同,浸透的銅呈現不同的形態,即體積變化也不間,致使襯體材料的組織結構產生龜裂、裂縫,甚至發生剝落。
在一定的溫度條件下,銅的氧化物能夠與耐火磚襯體中的某些氧化物發生反應而生成液相。例如,氧化銅與SiO2的液相點為1060℃,與MgO的液相點為1135℃,與Cr2O3的液相點則在1560℃以上。由于低熔點物質的形成,破壞了爐襯材料的組織結構,并發生熔蝕現象,降低廣使用壽命。另外,在有色金屬冶煉過程中,熔渣里含有大量的鐵硅酸鹽,對耐火磚爐襯的侵蝕較嚴重,對鋁鎂尖晶石耐火磚爐襯侵蝕要輕一些。因此,有色金屬熔煉爐普遍采用鎂鉻耐火磚你磚作爐襯。
金屬銅、鋅,特別適金屬鉛,最容易滲透到耐火磚砌體中,在氧分壓較低的爐襯冷命不斷發生沉積,使砌體而爐胺內鼓脹而損毀。如果爐襯損毀較嚴重時,熔融物的滲透可造成泄漏事故,直接影響生產。
在有色金屬冶煉過裎中,由于爐內溫度的驟然變化,能夠引起耐火磚龜裂使爐襯發生熱剝落;另外,在適當的溫度下,廢氣中SiO2對堿性耐火磚中的方鎂石相發生作用,生成含鎂的硫酸鹽,使耐火磚砌體的組織結構產生崩潰,降低爐襯的使用壽命。
在有色冶金窯爐選用耐火磚時,應考慮下列工作條件:裝入原料的成分和數量、金屬熔液的成分和處理量、燃料種類和成分、操作溫度、氣氛和壓力、熔渣成分及其溫度的變化等。在一般操作條件下,與金屬熔液和熔渣接觸的爐襯部位,目前將遍采用高級堿性耐火磚、碳化硅磚、氮化硅磚或石英磚等材料砌筑,獲得了良好的使用效果,這也是今后的重要發展趨向。
例如,在煉銅轉爐風口及其以下部位和反射爐爐頂,采用直接結合鎂鉻磚或方鎂石磚徹筑,使用方命較高;在閃速爐上,反應塔支撐部位用直接結合鎂鉻磚作襯體,沉降池渣線區屬則用電熔堿性磚砌筑,二者連接部位等處采用水冷部件,并埋在耐火澆注料之中。這種爐襯的蝕損較均衡,可顯著提高壽命。
在有色冶金窯爐的設計施工和使用過程中,應注意以下幾個問題:
1)窯爐設計時,站構應合理,散熱少,檢修方便。熔池等部位應選用高溫強度大、氣孔率和透氣性均小的砌筑耐火磚,同時應不產生二次膨脹,以保證砌體的穩定性;
2)精心施工,保證爐襯砌體的整體性和密實性,以防止金屬熔液的滲漏;
3)合理地進行烘爐。生產時應嚴格逍守技術操作規程,注意控制爐溫,盡顯減少爐襯的剝落。
總之,有色冶金工業與鋼鐵工業相比,雖然發展速度較慢,但趨勢還是一樣的,即不斷采用新工藝、新技術、窯爐大型化、自動化和高效化,優質耐火磚和不定形耐火磚的應用增加,爐襯壽命延長,生產效率提高。
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