有色冶煉主要分為以下幾大塊：煉鋁、煉銅、煉鉛、煉鋅、煉鎳、金銀，在此逐個(gè)介紹這些有色冶煉用的耐火材料。

 

在世界有色金屬生產(chǎn)中，鋁的年產(chǎn)量占據(jù)重要位置，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他有色金屬。鋁工業(yè)每年消耗的耐火材料比銅、鉛、鋅冶煉消耗的耐火材料的總量還多得多。金屬鋁的生產(chǎn)方法為固定的 兩步制取法:一，用濕法從鋁磯土礦中制取氧化鋁;二，以工業(yè)氧化鋁為原料,采用熔鹽電解法制取金屬鋁。生產(chǎn)過(guò)程中所使用的高溫窯爐有回轉(zhuǎn)窯、熔鹽電解槽、熔鋁爐等。

 

鋁工業(yè)爐的耐火材料消耗量很大。其原因在于,在制取AI2O3時(shí)，物料中堿性物質(zhì)對(duì)回轉(zhuǎn)窯耐火材料的侵蝕特別嚴(yán)重。在熔煉鋁的過(guò)程中，即便在較低溫度下，金屬鋁仍具有很強(qiáng)的滲透能力，一旦滲入磚內(nèi)，將與磚中的SiO2反應(yīng)， 把Si還原出來(lái)，破壞了耐火材料的組織結(jié)構(gòu)， 使?fàn)t襯產(chǎn)生變質(zhì)層，疏松、剝落而損毀。其反 應(yīng):3SiO2 + 4Al —2Al2O3 + 3SiO

 

因此，含SiO2的耐火材料均不宜作為金屬鋁熔煉設(shè)備的筑爐材料。所以一般鋁工業(yè)爐用耐火材料，除高鋁磚外,常用碳質(zhì)制品。

 

 

一、氧化鋁回轉(zhuǎn)窯用耐火材料

 

目前，由于原料的原因，我國(guó)氧化鋁的生產(chǎn)流程大多采用燒結(jié)法和聯(lián)合法。鋁礬土的干燥、煅燒，氫氧化鋁的焙燒等工藝大多釆用回轉(zhuǎn)窯。近年來(lái)，引進(jìn)的流態(tài)化焙燒裝置已普遍使用，但在一些老廠(chǎng)回轉(zhuǎn)窯仍占較大的比重。

 

回轉(zhuǎn)窯是氧化鋁熟料的燒結(jié)窯。在制取氧化鋁時(shí)，先將鋁礬土與純堿和石灰按比例配料裝進(jìn)回轉(zhuǎn)窯，經(jīng)過(guò)1200~1300℃煅燒后出窯，而后經(jīng)適當(dāng)處理制成氫氧化鋁及母液;將氫氧化鋁裝進(jìn)回轉(zhuǎn)窯中，在I200℃的高溫煅燒即可制成?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)的煅燒過(guò)程為：高溫火焰和被加熱物料在爐內(nèi)作逆向運(yùn)動(dòng)。堿石灰鋁磯土生料漿（含水40%）或氫氧化鋁（含水12% ~ 18%）由窯尾加入，經(jīng)低溫干燥脫水、加熱、高溫煅燒，從窯頭出料而高溫氣體由窯頭向窯尾流動(dòng)。因此窯內(nèi)分為預(yù)熱帶和高溫?zé)鯚龓А榉乐節(jié){料在加熱煅燒過(guò)程中粘結(jié)窯襯和強(qiáng)化傳熱 過(guò)程,在耐火材料砌體間還設(shè)置有鏈條,在窯體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，不斷地打擊物料和襯磚，對(duì)窯襯的使用壽命有一定的影響。

 

氧化鋁生產(chǎn)用回轉(zhuǎn)窯窯體為鋼板焊接而成 的筒體，內(nèi)襯耐火材料。耐火材料工作環(huán)境惡劣、條件苛刻。它應(yīng)當(dāng)具有如下一些特性:抗堿侵蝕能力強(qiáng)；能長(zhǎng)期處于1200~1300℃高溫下工作而不損毀;能承受動(dòng)載荷的沖擊;能抵抗?fàn)t料的侵蝕;能耐高溫氣流的沖蝕?；剞D(zhuǎn)窯所使用的耐火材料以高鋁磚為主，低溫干燥窯則使用黏土磚做內(nèi)襯。

 

現(xiàn)在,不定形耐火資料在鋁工業(yè)得到了廣泛的運(yùn)用，在回轉(zhuǎn)窯的窯口由于受到物料的高 溫磨損和熱震應(yīng)力的作用,窯口極易變形損壞；在氧化鋁熟料窯的過(guò)渡帶，環(huán)境溫度為400~ 1000℃：，受堿腐蝕和機(jī)械性損壞（震動(dòng)、歪曲）嚴(yán) 重，內(nèi)襯經(jīng)常脫落?；剞D(zhuǎn)窯也有用鋼纖維增強(qiáng)澆注料的，主要用在預(yù)熱帶、窯口、窯尾、冷卻機(jī)。

 

氫氧化鋁焙燒是氧化鋁生產(chǎn)進(jìn)程中的結(jié)尾一道工序，主要是烘干氫氧化鋁濾餅中的附著水、結(jié)晶水，并將一部分β型氧化鋁轉(zhuǎn)化成α型氧化鋁?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要氧化鋁廠(chǎng)家的氫氧化鋁 焙燒已悉數(shù)或部分釆用引入的流態(tài)化焙燒裝 置。流態(tài)化焙燒設(shè)備分流態(tài)化閃速焙燒爐、循 環(huán)流化床焙燒爐、懸浮焙燒爐3種爐型，盡管所運(yùn)用的耐火材料不盡相同，但都很多運(yùn)用不定形耐火資料（耐火可塑料或耐火澆注料），其用量占所用耐火資料的50%~70%。流態(tài)化閃速焙燒爐的不定形耐火材料悉數(shù)從德國(guó)引入, 循環(huán)流化床焙燒爐的耐火材料悉數(shù)為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)。

 

氧化鋁氣體懸浮焙燒爐是用來(lái)焙燒氫氧化 鋁的專(zhuān)用設(shè)備，其工藝及自動(dòng)化水平都很高,焙 燒進(jìn)程在高溫爐體的作業(yè)溫度約1200℃,高風(fēng)速 的條件下完結(jié)，同時(shí)由于所處理的氧化鋁物料 硬度較大,流動(dòng)性好,對(duì)氧化鋁產(chǎn)品的質(zhì)量有很?chē)?yán)厲的要求，內(nèi)襯資料任何雜質(zhì)的混入都直接影響產(chǎn)品的功能，因而要求耐火資料須滿(mǎn)足下列條件:耐高溫、耐磨損、強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定功能好，整體性好，密封性強(qiáng)。

 

電解槽是生產(chǎn)電解鋁的核心設(shè)備,電解槽通常為矩形鋼殼，內(nèi)襯炭磚。電解 槽中懸有一炭陽(yáng)極，其炭質(zhì)槽底為陰極。鋁電解選用冰晶石、氟化鋁、氟化鋰等熔液為電解質(zhì)，在970℃左右將AI2O3熔化,在電場(chǎng)力的作用下電離，電解復(fù)原出來(lái)的金屬鋁熔體沉積于槽底陰極，陽(yáng)極放出的氧與炭陽(yáng)極反響生成 CO2或CO。電化學(xué)反響放出的熱量使電解槽 與鋁保持熔融狀況，一定時(shí)間從槽內(nèi)放出的鋁液,并向槽內(nèi)添加定量的氧化鋁與冰晶石; 電解溫度為900~ 1000℃。

 

在電解槽底作業(yè)層一般用炭塊砌筑。但因碳與鈉的反響構(gòu)成新化合物，磚襯結(jié)構(gòu)松懈，強(qiáng)度降低，炭塊呈現(xiàn)裂縫。隨后電解質(zhì)和鋁液沿裂縫進(jìn)入，在高溫下鋁與碳反響 成與碳結(jié)合松散，從而使裂縫擴(kuò)展,終導(dǎo)致電解槽槽殼變形及內(nèi)襯的嚴(yán)峻蝕 損而縮短運(yùn)用壽命。因而，電解槽槽底陰極材料正由原來(lái)的無(wú)定形炭磚改為選用半石墨化炭磚或石墨化炭磚。

 

鋁電解槽側(cè)墻內(nèi)襯的損毀主要原因有:從鋼殼與磚襯間吸入空氣引起資料的氧化;高溫 下冰晶石、NaF和鋁液的腐蝕;熔體流動(dòng)造成的沖刷;溫度波動(dòng)及熱膨脹引起熱應(yīng)力。

 

鋁電解槽的側(cè)墻一直沿用無(wú)定形炭塊、石墨炭塊等，這類(lèi)資料嚴(yán)重的缺點(diǎn)是抗氧化功能差，強(qiáng)度低。為了使側(cè)墻不氧化,又具有較大的電阻,側(cè)墻正朝著部分或悉數(shù)選用SiC 質(zhì)材料方向發(fā)展。氮化硅結(jié)合的碳化硅磚運(yùn)用好。氮化硅結(jié)合的碳化硅磚,其具有優(yōu)異的高溫力學(xué)功能、導(dǎo)熱性好，在內(nèi)側(cè)易構(gòu)成冷凝渣；電阻率大，削減側(cè)壁的電流丟失；材料不易被氧化;不與鋁液、冰晶石等熔體起反應(yīng);機(jī)械強(qiáng)度高，還可大大削減襯磚厚度,添加電解槽的容積，穩(wěn)定操作。例如原來(lái)用炭磚時(shí)側(cè)墻厚度約200~400mm,釆用氮化硅結(jié)合的碳化硅磚后側(cè)墻厚度只要75 mm。

 

二、槽底下面的阻擋層

 

在電解鋁生產(chǎn)中，Na與NaF的蒸氣和液 體能經(jīng)過(guò)槽底陰極材料進(jìn)入到下面隔熱層。隔熱層進(jìn)入NaF等后熱導(dǎo)率添加，電解槽熱效率降低,作業(yè)狀況惡化，直至槽子破損。陰極材料下面“阻擋層”即在陰極耐火材料與保溫材料間夾一層能阻撓電解質(zhì)滲透的資料，又具有杰出的保溫功能。一種新式“阻擋層”材料干式防滲料現(xiàn)在得到了很好的運(yùn)用。

 

 

 

三、熔煉爐和保溫爐用耐火資料

 

原生鋁錠及廢鋁熔化與合金化常用的熔煉爐多選用燃?xì)饣蛉加偷墓潭ㄊ交騼A動(dòng)式反射爐，也有選用電阻反射爐、感應(yīng)坩堝爐。熔煉爐內(nèi)鋁液和鋁合金化的溫度盡管只要 700?800℃，但鋁及其鋁合金中的鎂、硅與銅等都很活潑，很易與耐火材料中一些組元反應(yīng)，造成耐火材料損壞。鋁熔煉爐的腐蝕損壞機(jī)理主要是：

 

鋁液易于進(jìn)入耐火材料；

 

鋁及其合金中的合金元素對(duì)一些氧化物具有很強(qiáng)的復(fù)原能力，而且所產(chǎn)生的氧化還原反響是強(qiáng)放熱反應(yīng);一些合金元素如鎂具有很高的蒸氣壓，其蒸氣比鋁液更易進(jìn)入耐火材料，而且進(jìn)入耐火材料后隨之又被氧化,終導(dǎo)致耐火材料質(zhì)變、結(jié)構(gòu)疏松和損壞；

 

在大型熔鋁爐的熔煉進(jìn)程中，由于不斷添加鋁錠及合金,鋁錠及合金塊對(duì)爐口、爐底 及爐墻的碰擊及磨損十分嚴(yán)峻；

 

鋁錠及合金塊的參加、鋁液的流出、爐內(nèi)溫度的波動(dòng)等，對(duì)耐火材料襯體造成熱震損壞。

 

鋁熔煉反射爐用耐火材料要求抗鋁液及鎂蒸氣的進(jìn)入，有良好的抗磨損和抗熱沖擊功能等。鋁熔煉反射爐接觸鋁液的爐襯，一般選用 AI2O3含量為80%?85%的高鋁磚砌筑;熔煉高純金屬鋁時(shí)，選用莫來(lái)石磚或剛玉磚。在爐床斜坡和裝廢舊鋁料等易腐蝕和磨損的部位, 用氮化硅結(jié)合的碳化硅磚。流鋁槽和出鋁口等 部位,鋁液沖刷嚴(yán)峻，一般選用自結(jié)合或氮化硅 結(jié)合的碳化硅磚，也有用錯(cuò)英石磚作內(nèi)襯。出 鋁口阻塞物，選用真空澆鑄的耐火纖維效果較 好。不觸摸鋁液的爐襯，一般選用黏土磚、黏土 質(zhì)耐火澆注料或耐火可塑料。流鋁槽的內(nèi)襯, 一般選用碳化硅磚，也可選用電熔泡沫硅磚預(yù)制磚。

 

現(xiàn)在，隨著熔鋁爐的大型化、強(qiáng)化鍛煉的要 求,高強(qiáng)抗鋁滲透澆注料由于具有良好抗鋁液 及鎂蒸氣的進(jìn)入功能，有良好的抗磨損和抗熱 沖擊功能等得到了很好的運(yùn)用。