煉鋅用耐火材料有:煉鋅焙燒爐,還原蒸餾爐和精餾設備用耐火材料。
(1)焙燒爐,一般焙燒溫度為1070—1120℃,一般用粘土磚和高鋁磚即可滿足要求。
(2)還原蒸餾爐,是生產金屬鋅或粗鋅用的熱工設備。先在焙砂中配入29%~33%的優質焦煤,焙燒爐煙塵灰及適量的結合劑,經混合并壓制成團塊,然后在800℃的條件下,形成具有一定強度的閉塊,即為還原蒸餾爐的原料。
豎罐蒸餾爐:由豎式蒸餾罐、燃燒室和空氣道等部分組成。蒸餾罐一般由傳熱性能好和強度高的粘土結合碳化硅磚砌筑。我國葫蘆島鋅廠采用碳化硅波紋磚砌筑蒸餾罐內壁,比用標準耐火磚增加熱輻射面18%左右,同時將耐火磚砌成豎溝狀,減弱了氣流上升阻力,降低了爐內壓力,加快了反應速度。當罐內壁蝕損較大,或局部出現孔洞,可用碳化硅質噴涂料進行熱噴補。燃燒室工作溫度為300~1360℃,工作層用硅磚砌筑,其余部位用粘土磚砌筑。冷凝器,水平底和邊墻工作層用高鋁磚砌筑。其他部位用粘土磚砌筑。冷凝器內裝有轉子,轉子用軸由石墨質材料制作。用碳化硅材料能顯著提高壽命。
電熱蒸餾爐:主要由圓筒形爐體,冷凝器和電極加熱裝置等部分組成。該爐易損部位的工作層用碳化硅磚砌筑,其余各部位工作層用粘土磚砌筑,非工作層用粘土隔熱耐火磚砌筑。使用壽命較高。
(3)精餾設備,由熔化爐,精煉爐,燃燒室,精餾塔和冷凝器等組成。
精溜塔中部,即蒸餾室兩側設有燃燒室和換熱器,塔體上部設有冷凝器,借助通道與鉛塔和鎘塔及熔化爐相連。塔內一般安裝40~60塊塔盤,分為蒸餾盤和回流盤兩種,均用碳化硅質材料制作,厚度為30~50mm,冷凝器和各種通道等部位工作層普遍用碳化硅磚砌筑;熔化爐,精煉爐,精餾塔的燃燒室及換熱器和下延部等部位的工作層,一般用粘土磚砌筑,非工作層用漂珠磚等隔熱磚砌筑,塔壁用碳化硅磚砌筑,粗鋅連續精餾精煉設備的使用壽命,取決于碳化硅質塔盤的工作壽命,其損毀主要是溫度波動及化學侵蝕所致,鉛塔壽命一般為1~2年,鎘塔壽命為2~3年。
目前,有色冶金的發展趨勢是不斷采用新工藝和新技術,更新爐窯設備,強化冶煉操作,提高生產率。因此隨著有色冶金爐窯大型化和高效化,使用的耐火磚品種擴大,質量提高,數量增大。
一般情況下,有色冶金用耐火材料占耐火材料總消耗量的2%~6%,其中粘土磚占25%,高鋁磚占5%~16%,堿性耐火磚占10%~17%。使用不定形耐火材料的比例在不斷上升。有色金屬爐襯用的耐火磚的損毀機理,主要是熔融金屬,金屬氧化物或熔渣的浸透和溫度應力作用造成的。在爐窯襯體中存在溫度梯度,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3種情況:1)熔融金屬發生氧化,還原或形成低熔點礦物,致使襯體遭到侵蝕,或產生龜裂剝落;2)熔融金屬或氧化物發生沉積,造成襯體膨脹而塌落;3)強堿性熔融金屬或熔渣流動性很強,對襯體的沖刷和侵蝕較為嚴重。
銅的熔點為1083℃。在冶煉過程中,熔融金屬銅向襯體耐火磚內部滲透,發生氧化并伴隨著體積膨脹。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。由于體積的不同變化,致使內襯的耐火磚組織結構產生龜裂、裂縫,甚至發生剝落。
在一定的溫度下,銅的氧化物能與耐火磚內襯的某些氧化物發生反應而生成液相,例如氧化銅與SiO2的共熔點為1060℃,與MgO的共熔點為1135℃,與Cr2O3的共熔點為1560℃以上。由于低熔物質的形成,破壞了爐襯耐火磚的組織結構,并發生熔蝕現象,降低了使用壽命。另外,在有色金屬冶煉過程中,熔渣里含有大量的鐵硅酸鹽。對鎂磚侵蝕較嚴重,對含鉻的尖晶石的鎂鉻磚侵蝕要輕一些,閃此有色金屬熔煉爐普遍使用鎂鉻磚做內襯。
金屬銅,鋅,特別是鉛,最容易滲透到砌體中,在氧分壓較低的爐襯冷面不斷發生沉積,使砌體向爐膛內鼓脹而損毀。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。在冶煉過程中,由于爐內溫度的驟然變化,可能使爐襯產生龜裂以及發生剝落。另外,在適當的溫度下,廢氣中的SO2對堿性磚的方鎂石相互發生作用,生成含鎂的硫酸鹽,使砌體的組織結構產生崩潰,降低使用壽命。在一般條件下,與金屬熔液和熔渣接觸的爐襯部位,目前普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,使用效果較好。
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