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    熔鋁爐內襯破損原因

    多年來,許多研究人員和工廠技術人員對鋁熔煉爐內襯破損機理進行了大量的研究、分析與探討,取得了大量成果。其中有從熔化爐熔池剛玉瘤的成因入手,認為爐襯破損主要是鋁與爐襯之間的侵蝕反應所致,即主要成分為Al2O3、MgAl2O4、Al 及少量 Si 組成的剛玉礦化物(俗稱剛玉瘤)的形成,引起了耐火材料內襯的體積膨脹,并不斷向爐襯內部擴展,使爐襯裂紋加劇,造成惡性循環。嚴重時造成熔煉爐爐體鋼結構變形,加速爐子報廢。

    也有對鋁熔煉爐用耐火材料的現狀和發展進行了分析研究,指出Na、K、Si等進入鋁液,會降低鋁液的熔點與粘度,從而促使鋁液向耐火材料滲透,對耐火材料內襯造成損害。還有研究了利用新型耐火材料提高鋁熔煉爐使用壽命,并從渣腐蝕作用、溫差劇烈變化作用、氣相沉積作用以及機械沖擊與磨損作用等方面分析了對爐襯壽命的影響。但是,縱觀眾多研究,雖然偶爾也有提到Na對爐襯耐火材料的影響,但均沒有作為重點加以論述。

    由于堿金屬和堿土金屬的存在,會對熔鋁爐耐火材料內襯造成嚴重的侵蝕。以下將重點分析堿金屬和堿土金屬元素對熔鋁爐耐火材料內襯的腐蝕機理。

    一、堿土金屬Mg對耐火材料內襯的侵蝕

    熔劑與合金中的Mg組元是熔煉爐熔池中堿土金屬Mg的主要來源。Mg的化學活性很高,對耐火材料中的SiO2、Fe2O3等有很強的還原能力,可以通過以下反應形成對內襯的侵蝕:

    3Mg + Al2O3 → 3MgO + 2Al (1)

    3Mg + Fe2O3 → 3MgO + 2Fe (2)

    2Mg + SiO2 → 2MgO + Si (3)

    此外,Mg有很高的蒸汽壓,使蒸汽比Al更容易沿著耐火材料的微觀通道滲入耐火材料,并與內襯中的組分Al2O3、SiO2和Fe2O3發生反應,侵蝕爐襯。 此外,Mg元素從爐襯中置換出的Fe和Si也將會對合金熔體造成污染,影響合金化學成分的準確性。

    MgO(g)+ O2 → 2MgO (4)

    2MgO + Al2O3 → MgAl2O (5)

    由此可以看出,在熔煉鋁合金時,將會對爐襯產生很嚴重的侵蝕。

    二、堿金屬Na和K對耐火材料內襯的侵蝕

    Na和 K的來源主要有以下幾個方面:電解鋁液、重熔鋁錠以及鋁熔體熔煉、精煉和覆蓋過程中所使用的精煉劑、覆蓋劑和清渣劑等。據報道,重熔鋁錠中的 Na 含量約為 30×10-6,電解鋁液中的Na含量比重熔鋁錠高通常在40×10-6~50×10-6 范圍內。合金添加劑中的助熔劑、鋁合金精煉劑、覆蓋劑及打渣劑的主要成分均為堿金屬和堿土金屬的氯鹽、氟鹽 (NaCl、KCl、NaF、KF,等),也是 Na和K的重要來源。它們都會對耐火材料壽命產生嚴重影響Na和 K的沸點極低,分別為882.9℃和760℃。在鋁合金熔煉過程中,熔鋁爐的爐膛工作溫度高達800~1000℃,最高可達1200℃。在這個溫度范圍,溶解于鋁熔體中的堿金屬和堿土金屬 Na、K、Mg部分蒸發形成Mg、Na、K蒸汽。如此,在熔 煉爐爐膛內就會存在許多CO2、CO、Na (氣)、K (氣) 和Mg (氣),這些氣體和蒸汽通過耐火材料的微觀通道向其內部滲透,并與耐火材料組織產生反應,形成新的膨脹相,如鉀霞石(含鉀)和霞石(含鈉),兩者都會對耐火材料結構造成損害,加速耐火材料內襯的失效。

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