有色金属冶炼过程中，影响耐火材料寿命的因素主要有这三点
发布日期： 2020-04-21 15:05:22 阅读量（549） 作者：张红在有色冶炼过程中，影响耐火材料寿命的因素有：化学因素、热学因素和机械因素。
1)化学因素
①熔体渗透引起的侵蚀主要来自炉渣，也有来自冰铜的;
②冰铜中SO2气体扩散引起的侵蚀;
③氧分压变化或低氧分压引起的氧化还原作用或还原作用;
④特殊情况，例如在使用生精矿或重砌炉衬的炉子开始加热时的水化作用。
2)热学作用
①由炉子加热以及冶炼时放热反应所决定的温度值;
②由装料或炉子作业不正常引起的严重的间断式热震;
③熔池中铜渗透;
④在回转炉中，循环周期性变化所引起的热疲劳。
3)机械因素
①炉内物料(如金属、冰铜、渣、炉料、充满尘埃的废气等)运动引起的磨损，冶炼的某些阶段，吹炼、还原引起的磨损;
②装料或捅风口是所引起的冲击应力;
③炉衬砌筑不当引起的应力。
1、锍在耐火材料中的渗透
耐火材料在使用过程中，熔体(气体)可沿其气孔、裂隙等毛细管通道渗入砖内，并与之相互作用形成与原来砖的结构和性质不同的变质层，当炉内温度发生剧烈波动时，变质层就会崩裂、剥落，这种剥落称为结构剥落。结构剥落不象溶解、冲蚀那样逐渐蚀损，而是二十几毫米、几十毫米地突然剥落掉，因此对炉衬寿命危害甚大。
Trojer曾研究过熔融氧化铜(CuO-Cu2O在1140℃是的低共熔物)往砖中的渗透。其研究的结果表明：熔融氧化铜的渗透将引起砖导热系数的增大，随之而产生炉衬的强烈透热、剥落和膨胀。Cu氧化成CuO和Cu2O，体积分别增大75%和64%。
P.Taskinen曾对冰铜在镁铬耐火材料中的渗透进行了研究，讨论了在不含氧及氧化气氛下所发生的过程。在脱氧的(N2)和弱氧化(SO2)气流中,应用座滴法对铜含量为45%的冰铜变成白冰铜的过程做了研究。滴液体积测定表明，冰铜在气孔中渗透较金属容易。P.Taskinen认为除了白冰铜以外实际上所有工业中的锍均能渗透到耐火材料的开口气孔中去。在弱氧化条件(SO2)下得到的结果清楚地表明，当有氧存在条件下，润湿角进一步减小;见图1。
图1 不同温度气氛下，冰铜在镁铬砖上润湿角的变化
G.Lindkvist等研究了转炉用镁铬砖的侵蚀过程和砖内结构变化。研究结果表明：残砖从7mm处起，硫铜矿量迅速增加。在砖内渣完全渗透区，硫铜矿填满全部空隙，甚至极细的裂缝处。在直接结合的砖种，即铬铁矿颗粒和其周围方镁石晶界之间，能观察到硫铜矿形成的膜。
国内李勇等人研究了炼铜转炉用镁铬砖的损毁机理，其研究结果表明，粗铜、冰铜对镁铬耐火材料的侵蚀主要表现为渗透。渗透的主要途径为：硅酸盐通道、晶界、开口气孔等。锍在硅酸盐结合的镁铬砖中的渗透主要是沿硅酸盐通道，开口气孔等途径渗入，破坏了硅酸盐结合结构。锍虽亦能渗入直接结合镁铬砖中，但其呈孤岛状存在，未破坏砖体的直接结合结构。
图2左边是镁砖的残砖，右边是镁铬砖的残砖
H.Barthel的研究认为，进入砖中的硫化物很少，且随着接近砖中心氧分压的增高，很快转化成金属铜和铜氧化物。铜渗透的顺序相应于与氧反应增加的次序(即Cu2S-Cu-Cu2O-CuO)。
HarryM.Mikami等研究了炼铜转炉用耐火材料的侵蚀，通过研究铜及铜的硫化物在镁铬砖、镁砖中的渗透，见图(2)，不难看出，镁砖的残砖厚度比镁铬砖小，所以，镁砖的抗侵蚀性要比镁铬砖差。
综上所述，锍对耐火材料的侵蚀主要表现为渗透，从而引起热剥落或结构剥落，但迄今为止，人们的工作主要集中在对残砖的分析上。虽然都指出锍在耐火材料中的渗透，但对这一复杂的过程而言，还没有人仔细地、系统地研究锍对耐火材料的侵蚀。而本工作的一部分就是研究Cr2O3，Al2O3，Fe2O3含量不同的镁铬砖以及不同生产工艺的镁铬砖的抗锍侵蚀性。
2、熔渣对耐火材料的侵蚀
耐火材料被转炉渣直接溶解的速度很大程度上决定于熔体的氧化程度，尤其是磁铁矿的活度。在低氧分压时，方镁石直接溶入硅酸盐渣中。在高氧分压时，方镁石与熔于渣中的磁铁矿反应，生成不溶性的固相铁酸镁，它与砖中的二次尖晶石一起，生成一层粘性表面，形成一种所谓的自生炉衬。
国内李勇、陈肇友等人研究认为，炉衬熔蚀主要因炉渣、熔剂与镁铬砖反应而引起：
1)在熔炼、吹炼过程中，冰铜中的铁被氧化与加入转炉内的二氧化硅生成铁橄榄石渣。铁橄榄石与镁铬砖中的方镁石反应使方镁石溶于渣中;
2)加入转炉内的二氧化硅还能和方镁石反应生成镁橄榄石，使炉衬溶解;
3)渣中铁的氧化物能使方镁石和铬铁矿晶粒饱和，并形成固溶体从而引起铬铁。
综上所述炉渣对镁铬耐火材料的侵蚀主要表现为方镁石的溶解，而尖晶石则表现出良好的抗渣性。
3、气氛对镁铬耐火材料的影响
1)SO2扩散引起的侵蚀：冰铜(冰镍)中硫化物氧化生成的SO2气体迁移，使得SO3能在低于1050℃下与镁铬砖中碱金属氧化物反应，生成碱金属硫酸盐(CaSO4、MgSO4)。为此，必须使SO2先氧化成SO3，因为只有SO3才能同碱土金属氧化物形成化合物。当温度高于760℃时，SO2氧化速度迅速降低，但是很低的SO3分压足以生成CaSO4、MgSO4，由于SO3被带走，下列方程的平衡向右移动：
2SO+O2→2SO3
MgSO4生成时伴随有体积的增加和气孔的填充。但砖密度增大后，MgSO4生成速度降低。这种侵蚀的结果增大了砖由于深部组织结构致密化而引起开裂的危险性，削弱了砖的结合，增加了它对随之渗入的熔体侵蚀的敏感性。当砖温度在升高时，MgSO4又分解，约从1000℃起形成细颗粒MgO。此举不足以恢复原砖的整体性，因为温度太低，从而破坏了砖体的致密结构，加剧了砖的损毁。
易受腐蚀的顺序：
MgO>Ca2SiO4>Ca3Mg(SiO4)2>CMS>M2S>(Mg,Fe)(Cr,Al,Fe)O4
2)氧压变化或低氧分压引起的氧化还原作用或还原作用：三价铁由于砖的气孔中低氧分压而转化成二价铁和金属铁，这样就可能由于体积缩小和柯肯达尔效应，主要在方镁石晶体之间形成空隙。如果氧化反应和还原反应经常交替发生，则铁的价态变化伴随的体积效应会引起制品松散，气孔率增大，降低材料的高温强度和热震稳定性。
综上所述，炼铜/镍用镁铬耐火材料的侵蚀机理可总结如下：
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