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Na2O和还原气氛对熔铝炉70耐火浇注料的侵蚀作用

添加时间:2024年5月21日  浏览次数:

熔融铝对硅酸铝耐火材料的侵蚀,例如在熔铝炉和保温炉中,通常导致在耐火材料形成氧化铝的沉积物。有碱存在,以及在还原气氛下,侵蚀程度加大。这与氧化铝砖变成铝酸钠有关,在还原气氛下,铝酸钠的生成动力学提高,促使生成氮化铝。在熔炼炉和保温炉内,碱可能来源于金属炉料中。

炼铝炉和保温炉中,硅酸铝耐火材料与液态铝接触,通常导致形成主要含氧化铝的粘结的界面沉积物,这种氧化铝其大多数是铝与耐火材料中氧化物,特别是与二氧化硅反应的结果,反应式如下

4AL+3SiO22AL2O3+3Si

出现沉积物后反应的动力学迅速减少。得出结论这种沉积物成为一种屏障,阻止铝渗入到耐火材料内,如果在还原气氛下和碱存在时会提高这种沉积物的动力学。碱性氧化物钠的来源有两个;电解槽生产的铝锭中或耐火材料内,在后者情况下,尚不能确定Na2O活泼的存在,另一方面,尚未对还原气氛的有关方面作出解释。

此次主要实验碱和还原气氛对硅酸铝耐火材料受铝侵蚀时引起的反应,以及测定对以氟化铝(ALF3)作为浸润剂的高铝浇注料是(70%AL2O3)受到这种侵蚀,在耐火材料中存在碱时可能引起的作用,这种产品是非浸润添加剂的不定形耐火材料的代表,在工业上用作铝保温炉和炼铝炉炉衬。

铝熔融炉

根据铝保温炉和炼铝炉的操作温度,决定试验温度,在与金属接触之处温度达850℃,火焰辐射的部位温度达1200~1500℃,以氟化铝(ALF3)作为非浸润剂的工业高铝耐火浇注料进行侵蚀实验说明,推论出有关铝引起的侵蚀以及耐火材料中含有碱性氧化物的作用。

看起来,特别是在还原气氛存在时,β氧化铝是与液相铝接触的耐火材料中的活泼相。从热力学的观点看,β氧化铝对液相铝的作用导致生成金属钠,其反应式如下:

6NaAL11O17+2AL6Na+34AL2O3  2

当氧分压高于10-19atm时,铝溶液中(aNa~0.1)产生的金属钠会被氧化,起反应如下:

2Na+1/2O2Na2O  3

当氧分压低于10-19atm时,Na2O的存在必定与耐火氧化物(特别在二氧化硅中)对金属钠的作用有关,其反应式如下:

4Na+SiO22Na2O+Si  4

另一方面,在ALF3存在的情况下,也可能生产金属钠,其反应式如下:

6NaAL11O17+2ALF36NaF+34AL2O3  5

3NaF+AL3Na+ALF3   6

通过分析当温度高于888℃的液态电解质存在时,反应式(5)和反应式(6)能生产金属钠,这有利于反应物之间的相互交换,在这样的条件下,能够预期得到较高的Na2O生成动力学,因此若后者含有ALF3作为非浸润剂,则铝就较快低侵蚀耐火材料。界面沉积物主要含有刚玉(a-AL2O3)而且也包含铝(AL)和氮化铝(ALN)。认为沉积物中出现的氮化铝可能参与了这种侵蚀过程。氮化铝这种参与同空气和氮气中铝和碳酸钠之间所得到的反应产物的分析情况是一致的。经鉴定900℃时所得到的主要反应产物是一铝酸钠(NaALO2),它以水化物的形式存在(NaALO2·3H2O),一铝酸钠的比重为2.69g/cm³,而氧化铝为3.96g/cm³,因此起保护性的铝沉积物肯呢过转化成铝酸钠时,应该伴随有体积的增加。体积的增加利于产生裂纹,这有利于铝的渗透因而耐火材料易受侵蚀。

关键词:铝熔炼炉   不沾铝浇注料   防渗浇注料   
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