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铜冶炼耐火材料的要求

添加时间:2021年4月13日  浏览次数:

铜冶炼对耐火材料性能的要求排序依次可以为:耐高温性、耐化学侵蚀性、耐热震性、耐渣和金属的渗透性以及工艺缺陷,以目前的生产工艺来看,铜冶炼耐火材料内衬受热、化学和机械载荷的多重作用仍然是评价耐火材料性能的主要因素,尽管到目前为止,铜冶炼用最适宜的耐火材料仍然被认为是镁铬质耐火材料,因为其可以很好地抵抗不同碱度熔渣的侵蚀,可以在转炉炼铜工艺中含钙铁熔渣侵蚀条件下使用,也可以在精炼工艺中含碳酸钠、氢氧化钠熔渣条件下使用。

镁铬质耐火材料是一种以镁砂为主,以铬铁矿为辅的耐火材料:依据工艺和原料的不同,镁铬质耐火材料在冷却过程中形成不同程度的二次复合相一级方镁石·二次复合相等,形成了镁砂包裹铬矿的结构。镁铬质耐火材料在目前的生产和使用状态下会产生有害的含铬化合物Cr6+ ,这种化合物属于一种强致癌物,对人体的皮肤、黏膜以及上呼吸系统均有着较强的腐蚀作用。但是镁铬质耐火材料在高温环境下具有高强度、良好的体积稳定性和抗渣侵蚀能力,在铜冶炼工业系统中仍有着较为广泛的应用。

镁铬砖

铜冶炼工业也属于高温窑炉冶炼的有色金属,故每个质耐火材料的破坏机理也遵循高温窑炉用镁铬砖的一般破坏机理,其大致又分为4个方面:①材料组分与熔渣反应引起化学熔蚀。高温下MgO生成M2S填充在晶界之间,而且FeO和SiO2一起与砖中的MgO作用生成MFS,产生低熔物溶入炉渣使组分流失。②熔体的渗透导致材料产生裂纹和结构剥落。炼铜内熔体黏度低,渗入能力强,可通过毛细孔侵人镁铬砖内部。由于原砖结构和性质与编制层存在很大差异,当温度变化时,在镁铬砖内部产生平行与工作面的裂纹,严重时就会产生崩裂和剥落。③炉内气氛引起材料结构疏松。炼铜炉含有大量的SO2气体,SO2气体迁移时能够发生再氧化反应,生成SO3,与镁铬砖中的碱性氧化物(MgO和CaO)反应形成低熔点的碱土金属盐类,如:MgSO4,CaSO4等。④烟气冲刷和机械磨损也会加速镁铬砖的侵蚀。

虽然炼铜用镁铬质耐火材料中的不同氧化物也在一定程度上可以影响材料的性能,从而导致材料的破坏,例如:氧化铬、氧化铝、氧化锆等,但是炼铜用镁铬质耐火材料的特殊破坏机理在于铜渣、铁硅渣以及硫元素对材料的特殊破坏。首先,铜渣和铜熔体填充在气孔和裂纹中,引起炉衬被热击穿,并发生膨胀剥落。其次对于铁硅渣的特殊破坏来说认为:镁铬砖中的MgO和熔渣中FeO生成镁铁尖晶石固溶体,随着砖体重SiO2含量的增加,镁铁固溶体逐渐被低熔点的镁铁橄榄石代替,方镁石被铁硅渣熔蚀,进而形成了镁铁橄榄石,镁橄榄石包裹主晶相镁铬尖晶石的结构:且铁硅渣的粘度比较低,镁铬砖中渗透进入的铁硅渣构成连续的网状,形成了变质层,变质层导致砖体的热膨胀不同,在砖体内形成了裂纹并逐渐扩张导致砖体的剥落。而且SO2在砖体内迁移时发生氧化反应生成SO3,并与碱性氧化物生成低熔点的碱土金属盐类,反应生成物的密度小而导致体积增加从而加剧了熔渣的渗透和侵蚀,所以认为镁铬砖被破坏的主要原因是由于铁硅渣引起的。

最后对于硫元素的特殊破坏来说第一:1500℃时,当渣中硫含量较高时,SO2在镁铬砖迁移的过程中,存在一个硫酸盐先生成后分解的过程,这一过程将造成砖体气孔的扩大和结构的输送,加深转炉铜渣对镁铬耐火材料的侵蚀:适量的CaO存在,可以吸收SO2气体减少MgSO4的生成,而少量的MgSO4生成,在气孔率较大时,引起的体积膨胀并不足以破坏砖体结构,反而堵塞气孔阻碍转炉铜渣对镁铬质耐火材料的进一步侵蚀的作用。第二:1300℃时,直接结合镁铬砖抗侵蚀能力优于电熔半再结合镁铬砖,1500℃时,电熔半再结合镁铬砖的抗侵蚀能力较直接结合镁铬砖更为优秀:这些结果说明在铜转炉的架设过程中耐火材料的选择一定是多方面的。对于一般炼铜转炉来说,优于工作温度一般来说为1100~1300℃,此时选择直接结合镁铬砖,由于SO2气体的存在,选用CaO含量较大,气孔率较高的直接结合镁铬砖较为适宜而相对的,对于熔炼温度较高的转炉,宜采用自身性能较优良的电熔半再结合镁铬砖或电熔再结合镁铬砖都可以。

铜冶炼用镁铬质耐火材料的破坏机理分为一般破坏机理和特殊破坏机理,对于一般破坏机理来说,其遵循了高温窑炉用镁铬砖的破坏演变机理:对于特殊破坏机理来说,重点在于炼铜工业中生产的不同种类炉渣的侵蚀。

关键词:铜冶炼   耐火材料   镁铬砖   
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