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铝电解槽中耐火材料阻挡层最佳化的基本原则

时间:2017-6-13 8:38:00   来源:本网   添加人:admin

  本项工作的主要目的是说明成份大范围变化的硅酸铝耐火材料作为阻挡层大砖在铝电解槽中的操作原则。已经作为阻挡层耐火材料、或源于其它冶金或化学工业应用领域的耐火产品、以及为了适应目前需要而专门开发的耐火产品都将进行考虑。

  取决于耐火材料体的化学矿物成份的烧成温度对于显气孔率和抗冰晶石性能参数有相当大的影响。烧成温度提高导致显气孔率下降,这也与抗冰晶石和氟化钠性能的显著改善有关。

  烧成温度/V烧成温度化以ALUBAR1100型砖为,烧成温度对显气孔率及抗冰晶石性能参数的影响烧成过程的经济性的重要前提是隧道窑蜜车上的最大码砖高度。如果超过了耐火材料的热机械承载能力,在目前的情况下大约为1280,将导致砖产生弯曲,并超出容差。

  这些砖的特点是变形,即所谓的“香蕉”

  状。这意味着,热机械承载能力代表着极限,它与采用的烧成温度相关。

  通过具体施加压力和烧成温度的线性关系,可获得如所示的等压线――等温线曲线图□图中等压线以黑色线表示,等温线用蓝、黄、红、绿色线表示。以曲线的向上斜度为,很明显,机械压力,即具体施加的压力对抗冰晶石性能的影响比烧成温度更大。

  首先,由于烧成温度太高,超出了砖的热机械强度而导致变形;第二,由于施加太高的压力,导致产生最大压力及形成内部结构不均匀,产生了叠层;另外,抗冰晶石参数代表另一个与产品特性有关的重要极限,即在该情况下,分解面积最大值固定为4.这些发现的结果或所述的条件是生产工艺参数明确规定的范畴:具体的压力以及烧成温度。

  特别应该强调,这些参数对这种特殊砖的化学矿物学成份是特定的,因此没有通用效力。

  耐火材料的成份经过考虑这些关键生产工艺参数后,将介绍这些成份参数对抗冰晶石参数的影响。

  3.1粒度分布耐火材料的粒度分布及因此导致的气孔结构和分布对产品的抗氟化钠和冰晶石的性能有重大的影响。为了详细说明这种影响,采用不同的粒度分布制备了4种相同的化学成份的混合物,其中粘土基质的比例总保持恒定。

  示出了抗冰晶石性能与粒度分布的关系――这里代表颗粒>1mm.以,试样大体上具有非常统一的粒度分布,且为不同的耐火材料采用了最佳的压力和烧成温度是非常重要的。试样鉴别出来的矿物相为:刚玉、莫来石、红柱石、方英石和石英;另外还含有玻璃相。

  颗粒超细粉细粉3颗粒粗颗粒以ALUBAR1100型砖为例,显气孔率和抗冰晶石性能与粒度分布的关系从以ALUBAR1100型阻挡层砖的例子为参照的图中可得到以下结果:采用较小的颗粒,可获得较低的气孔率,并且必然也得到较好的抗冰晶石性能;大体积的孔一般容易渗透,这是由于接触角的作用,即冰晶石熔融物与耐火砖之间气孔结构的属性及熔融物粘度的作用。‘正如中照片所示,提到的关系可由试样的显微结构属性详细说明。细颗粒试样的平均气孔直径约为2(Vm,而粗颗粒试样的平均气孔直径则超过60xm. 3.2化学矿物学成份为了说明耐火材料的化学矿物学成份对抗富含氟化钠冰晶石熔融物渗透性能的影响,对含完全不同A1203的硅酸铝耐火产品进行了坩祸实验。进行这个系列的实验,需考虑以下类型的问题:产品已经用作阻挡层耐火材料;产品源于其他冶金或耐火材料施工领域;特别为本文专门开发的耐火材料用这样一种方式选择试验系列,即用一个大范围统一的方式涵盖A1203以坩埚实验为,现可区分出3种不同的反应类型:第1种反应类型:耐火材料被渗透;第2种反应类型:耐火材料被分解;第3种反应类型:耐火材料被分解并渗透对氟化钠和冰晶石熔融物行为的解释及它们依据的工作系统可能在Ah3与抗冰晶石性能图中有进一步说明。渗透的试样用红色表示,分解的试样用蓝色表示。

  Ah03与抗冰晶石性能的比较图――红柱石、烧结莫来石、电熔莫来石、铝矾土和褐色或白色刚玉的高氧化铝类一般分类为第1种反应类型:被渗透的耐火材料。由于这些产品相对高的固态温度或耐火度,没有或者仅有极少溶体产生或次级熔融物形成,导致在耐火材料的气孔区域里渗人非常低粘性氟化物的熔融物。这里观察到的渗透现象如此强烈以致于在试验过的大部分试样中,氟化钠冰晶石熔融物事实上流出了坩埚。

  ~60%(质量)的产品中仅发现了第2种反应类型,溶体产生的迹象出现在耐火材料上。发生在含矿物相莫来石、方英石和石英的典型耐火粘土砖中的第2种反应类型有一条相对低的固相线,即熔融温度导致由已分解的耐火材料、氟化钠和冰晶石组成的高粘度熔融物的形成。这种高粘度熔融物保护耐火材料不受进一步破坏。在这种进一步破坏中,通过硅酸铝熔融物形成的氟化物的扩散率与熔融物的粘度成反比。随着含氧化铝量下降,抗冰晶石性能上升到最大值,此时AW)3的含量大约为20%(质量)。

  尽管A1203含量减少了且有关固相线温度下降了,即耐火材料的溶解度上升了,但是抗冰晶石性能却显著提高。在这个曲线段内,清楚地证明了现场阻挡层耐火材料形成的作用,这是由于随着A1203含量下降而相应提高的硅酸铝氟化熔融物粘度导致的。应当指出,在这个范围内,A1203含量参数和抗冰晶石性能参数呈显著的负相关性。

  1次级相/a/p氧铝+翳石个抗冰品1新产生物质丨分解区渗透区Ah03/Si02质量比与抗冰晶石性能的比较图Al23含量小于10%(质量)的试样显示出了作用方式,该方式的特点为溶解或渗透现象。很明显,在这个二氧化硅含量高的范围内,现场阻挡层形成的影响随Al23含量下降而下降。因为在氟化钠或冰晶石中,二氧化硅的溶解度非常低,并且通过二氧化硅和氟的反应释放出气体SiF4,故将次级熔融物的形成减少至最小程度或完全被阻止,因此相对高粘度的氟化钠冰晶石熔融物毫无妨碍地渗人到耐火材料的气孔区域。

  一个相似的情况也以AhOs/SiO:质量比的对数形式来表示抗冰晶石的性能。根据Rutlm以氟化钠和冰晶石反应产生的次级产物为基础的研究,硅酸铝耐火材料可以被细分为3组:13的高氧化铝含量组,可以转变为次级相cx/p-氧化铝和霞石。

  中间特征的第2种类型:该组耐火材料的AhCh/SiCh之比在0.38~1.13之间,导致转变成次级相钠长石和霞石。

  有酸性特征的第3种类型:该组耐火材料的Ah3/Si02之比<0.38,且其特点是形成次级相钠长石和二氧化硅。

  正象已经描述的那样,随着SK):含量的上升,产生的熔融物的粘度也随之上升,即在图中从右到左,这会导致抗氟化钠冰晶石性能稳定提高,且最终达到最大值。在这个AM),含量为15%20%(质量)之间或Al203/Si0,-之比大约在0.2~0.3的酸性范围内,只发现新成份产生,抗冰晶石性能最大绝对值下降到<1.0示出了新开发的ALUBAR1600型砖的坩埚试验,分别与众所周知的ALUBAR1100型和2000型砖的坩埚试样进行了对比。

  结论虽然这些实验结果与现有的研究结果相对立,例如,Rmlin这样确定,SK):含量为50%~70%(质量)或ALCb/SiO:比在038~1.13之间为最佳,不考虑SK):相当差的抗液态铝的性能。但为了收集有关长期使用效果的详情,还将基于这些新开发的产品对它们进行实际应用实验。

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