有色金属火法冶炼用耐火材料及其发展.pdf

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1、万方数据有色金属工业中消耗耐火材料较多的是铜、镍、铅、锌、锡与炼铝工业。有色金属种类繁多，冶炼方法也多种多样。在此主要结合有色重金属、铜、镍、铅、锌与轻金属铝的火法冶炼中，较为先进的冶炼炉用耐火材料进行论述。一．有色金属冶炼用耐火材料(一)有色重金属火法冶炼特点⋯有色重金属冶炼中所用矿石多为含铜、镍、铅、锌甚低的硫化物矿，因此冶炼中产生的气体和遇到的熔体都与钢铁工业有很大差异，其主要特点如下：炉气气氛中含有大量SO，气体；熔体不仅有氧化物熔渣、金属熔体，还有硫化物熔体如冰铜(铜锍)或冰镍(镍锍)。虽然冶炼温度比钢铁冶炼低，但这些熔体的熔化温度却比钢铁工业遇到的熔体低得多，而其流动性却很好，

2、极易渗入耐火材料内：熔渣为FeO—SiO。渣系，且渣量大，因此渣的侵蚀也就严重。(二)有色重金属冶炼炉耐火材质选择1．舍碳耐火材科不适宜的原因分析【231含碳耐火材料在钢铁工业的高炉、氧气转炉等广泛使用，效果很好。但用于炼铜、炼镍等有色金属冶炼炉效果都不理想，比普通镁铬砖还差。高炉炉衬是在炉气气氛中含有大量CO，铁水中含碳几近或达到饱和，所以46高炉、铁水预处理罐都可用碳或含碳耐火材料。氧气转炉炼钢中吹炼铁水(Fe—C熔体)，会析出大量CO气体，其压力约为O．1MPa：从热力学计算，炉气中氧分压为：R，=5．5×10_15～5．5×10。7MPa，说明炼钢转炉中氧压很低。在有色重金属熔炼与

3、吹炼中，炉内气氛中含有大量SO，，其浓度在11％一15％，即SO，压力为尸；。，=O．01MPa，从热力学计算，在1200℃一1400℃时，其炉气中O，分压尸n。大致在5×10坷MPa：比炼钢转炉的氧压大9～11数量级。因此，在有色重金属熔炼炉与吹炼炉中，含碳耐火材料中的碳很易被氧化烧掉。这可能就是含碳耐火材料在有色重金属冶炼炉上使用效果不好的原因。F2．何种耐火材质较适宜7(1)耐火物在铁硅渣中的熔解度及形成的液相区14l图1与图2分别示出了一些耐火氧化物在FeO—SiO，渣中的熔解度以及与Fe，0。《Fe，O，)一SiO，形成的液相区大小。从图1与图2可看出CaO在FeO—SiO，渣中

4、溶解度很大，与铁硅渣形成的液相区最大，因此石灰与含CaO多的白云石不适宜于用来做有色重金属冶炼炉的炉衬。S

5、O，是与FeO形成低熔点的熔剂，因此硅砖与含SiO，的耐火材料也不能用来做有色重金属冶炼炉的炉衬。从图1与图2看Cr，O，及Zr0，与铁硅渣构成的液相区小，以及在Fe0一s

6、0，渣中溶解度小，表明Cr，O，与ZrO，耐火氧化物适于用来做有色重金属冶炼炉的炉衬。图3示出了一些耐火氧化物在图1在1500℃时A1203、Mgo、Cao、Zr02在Si02-Feo渣中的溶解度以下途径可以减轻结构剥落⋯：加入与熔体润湿性不好的非氧化物以阻止万方数据Scien∞＆儆hnOIogy科技图2A120

7、3-Si02一Fe304、C‘203-Si02·Fe203、Zr02．si02-Fe203、M905i02_Fe304与CaO—Si02．Fe203系在1500℃时的液相区熔渣的渗入：加入与熔体能形成高熔点物或高粘滞性物的组元到耐火材料中，以堵塞渗透通道：使耐火材料气孔微细化。现已认识到使耐火材料气孔微细化，不仅可以抑制熔体的渗透，提高抗侵蚀性，还可提高其抗热震性。耐火材料中加入CLQ，能减轻结构剥落。因为CLq可与许多氧化物形成固溶体、高熔点化合物或熔化温度高的低共熔物，此外Cr'q还能大大提高熔渣的粘度18l。ZrO，也有类似的特性，且加入ZrO，还能提高耐火材料的抗热震性。综上所述，

8、有色重金属冶炼炉炉衬不适宜用含碳、含CaO或SiO，高的耐火材料。较为适宜的是含Cr，O，与含ZrO，的耐火材料。但ZrO。价格昂贵，因此，最常用的还是镁铬耐火材料。(三)镁铬耐火材科品种⋯镁铬砖可概括为如下类型或品种：(1)普通镁铬砖(即硅酸盐结合镁铬砖)：这种砖由镁砂与铬矿制作，杂质(CaO与Si011含量较多，烧成温度不高，在1550。

9、C左右。砖的显微结构是耐火物晶粒之间由熔点较低的硅酸盐结合。(2)直接结合镁铬砖：是由较纯镁砂与铬精矿制作，杂质含量较低，砖的烧成温度在1700℃以上。砖的显微结构是耐火物晶粒之问多呈直接接触。因此高温性能、抗侵蚀性与抗冲刷性都较图3Si02、Mgo

10、、A1203与镁铬尖晶石在铁橄榄石渣中的溶解速度与温度的关系l转速为1撇in}普通镁铬砖好。{3)共烧结镁铬砖：砖的颗粒与细粉皆由合成共烧结镁铬科构成。杂质含量低，在1750℃以上烧成。砖的显微结构也是耐火物晶粒之间多呈直接接触其化学成分、尖晶石分布皆均匀。因此这种砖的抗侵蚀性等都甚好。(4)电熔(熔粒)再结合镁铬砖：砖的颗粒与细粉皆由电溶镁铬料构成，在高温下烧成。这种砖在耐磨、抗冲刷性方面甚好，但抗热震性不如共烧结镁铬