铝行业用耐火材料

铝
铝
铝消耗量大的原因在于： 在制取氧化铝时，物料中碱性物质对回转窑耐火 材料的侵蚀特别严重。在熔炼Al的过程中，即使在 较低温度下，金属Al仍具有很强的渗透能力，一旦 渗入砖内，将与砖中的二氧化硅发生反应，把Si还 原出来，破坏了耐火材料的组织结构，使炉衬产生 变质层，疏松、剥落而损毁。其反应式为：
电解槽
铝工业炉用耐火材料
3.2铝电解槽用耐火材料 过去：
电解槽内衬一般采用致密优质炭砖砌筑，非工作层 为高铝砖砌筑，绝热层多采用轻质高铝砖和耐火纤 维制品，并用钢制壳体固定。
但：因碳与钠反应形成新化合物，使砖衬结构松弛
，强度降低，砖衬出现裂缝。随后电解质和铝液延 裂缝渗入，在高温下铝会与碳反映生成AL4C3, AL4C3与碳结合松散，从而使裂缝扩展最终→→ 导致电解槽槽壳变形及内衬严重蚀损而缩短使用寿 命。
铝熔炼炉和保温炉
铝工业炉用耐火材料
熔炼铝及铝合金的感应炉常为工频或中频坩
埚式感应电炉，炉衬材料一般为高铝质干式 捣打料，或在氧化铝质干式捣打料中添加碳 化硅——SiC与Al2O3的作用可形成致密的烧 结层，不易发生漏液问题。 炉衬表面还可以涂上与铝液不润湿的石墨、碳 化物、氮化物等，阻止铝液的渗透。
电解槽
铝工业炉用耐火材料
目前：
电解槽槽底阴极材料开始采用导电能力高，抗侵蚀 性能更优的石墨制品。由于TiB2在导电性，抗铝 液与冰晶石的侵蚀性都很好，与铝液润湿性也好 ，有实验报道在槽底炭块上覆盖一层TiB2涂层后 ，可降低电耗，延长电解槽使用寿命。 电解槽侧墙炭砖最大的缺点是抗氧化性能差，强度 低。为使侧墙不氧化，又具有较大的电阻，并能 抗铝液和冰晶石的侵袭，现在铝电解槽侧墙已经 采用氮化硅结合碳化硅砖。采用这种砖砌筑后， 不仅延长了使用寿命，减少了漏电，降低了电耗 ，还可以减少原来侧墙的厚度，增加电解槽的容 积。
铝工业炉用耐火材料
成员：闫丹、兰平
BUSINESS
目录
一.铝
二.铝工业炉
三.铝工业炉用耐火材料
铝
铝为银白色轻金属，有延展性。
商品常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状 在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜。 铝粉和铝箔在空气中加热能猛烈燃烧，并发出眩目 的白色火焰。 易溶于稀硫酸、硝酸、盐酸、氢氧化钠和氢氧化钾 溶液，不溶于水。 以其轻、良好的导电和导热性能、高反射性和耐氧 化性而被广泛使用。 做日用皿器的铝通常叫“钢精”或“钢种”。
电解槽
铝工业炉用耐火材料
在电解铝的生产过程中，电解质中的NaF等液体与
蒸汽能通过槽底碳质阴极深入到下面隔热层中。 隔热层渗入NaF等后，热导率增大，碳质阴极温 度就会降低，若其温度降至850℃以下，NaF就会 在碳质阴极内结晶，使炭砖鼓胀、破坏。
为保证碳质阴极内温度在850℃以上，其办法就是
在碳阴极与隔热材料之间铺一层防渗料，使NaF 等不能渗入到隔热层，又具有良好的保温性能。
铝工业炉
2.2、铝电解槽
铝电解槽就是电解装置，又是高温冶金设 备，电解槽的形式很多，但基本构造是一 致的，应用最广的是密闭式自焙阳极电解 槽。
铝工业炉
铝电解采用冰晶石（六氟合铝酸钠)、氟化铝、氟化
锂等熔液为电解质，将AL2Q3加入电解槽，通电 熔化。 虽然Al2Q3熔点为2050，但在氟化盐熔体中可降至 970左右。在电场力的作用下，Al2Q3电离，Al在 阴极聚集，可用真空泵吸入铝水罐送去进一步处理 和铸锭，阳极放出的氧与炭阳极反应生成CO2或 CO。电化学反应放出的热量使电解质与铝保持熔 融状态。 所以，电解槽内衬实际上既是导电材料（如槽底炭砖 ），又是高温耐火材料。
铝工业炉
回转窑内耐火材料特性：
抗碱侵蚀能力强； 能长期处于1200~1300℃温度下工作而不损坏； 能承受动载荷的冲击； 能抵抗炉料的侵蚀； 能耐高温气流的冲蚀。
铝工业炉
铝工业炉
铝工业炉 2.1.2闪速炉—一种强化生产的熔炼炉
近年来，国内主要氧化铝厂家的氢氧化铝焙烧 已全部或部分引进的流态化焙烧装置。 流态化焙烧装置分流态化闪速炉、循环流化床 焙烧床、悬浮陪烧炉3种炉型。
通电
铝
注： 电解时为使氧化铝熔融温度降低，在Al2O3 中 添加冰晶石(Na3AlF6) 注： 不电解熔融AlCl3炼Al 原因：AlCl3是共价化合 物，其熔融态不导电。
铝
1．从整个工艺流程看，可分成提纯和冶炼两 个阶段； 2．NaOH溶解铝土矿的目的是溶解氧化铝 3．两次过滤作用：除去杂质和分离Al（OH ）3 4．把滤液酸化的作用是生成Al（OH）3 5．流程中用二氧化碳而不用盐酸的原因是Al （OH）3可溶解在过量的HCl中
铝工业炉 电解槽用耐火材料：
能抵抗熔融氟化物的侵蚀； 有良好的导电能力； 少量或不含SiO2，以避免SiO2被金属铝还原 同时要求气孔率低和致密度高，以防铝液渗漏 。
铝工业炉
2.3、铝熔炼炉和保温炉
铝熔炼炉和保温炉有燃气或燃油的固定式或倾动式反射炉， 转筒炉和感应电炉等。 熔炼炉和保温炉的操作温度一般为700~1000℃，其炉衬损 毁的主要原因： 1、铝液的渗透和冲刷； 2、铝及其合金中的镁、硅、锰等活泼元素对炉衬中氧化 物的强还原反应； 3、合金元素如Mg蒸气压高，其蒸气比铝液更容易渗入耐 火材料，随之又氧化，这些耐火材料变质、结构疏松和损 坏，并使铝液中Fe、Si杂质含量增加； 4、铝与合金元素的蒸发、氧化还会在耐火衬-铝液-炉气三 相交界处附近生成Al2O3、MgO、SiO2、MgO· Al2O3等 顶加料园形熔铝炉 高熔点氧化物形成结瘤。
电解槽
铝工业炉用耐火材料
铝熔炼炉和保温炉
铝工业炉用耐火材料
铝熔炼炉反射炉接触铝液的工作衬，一般采用
Al2O3含量为80%~85%的高铝砖砌筑；熔炼高纯 金属铝时，采用莫来石砖或刚玉砖。 在炉床斜坡和装废旧铝料等易侵蚀和磨损的部位， 用氮化硅结合氮化硅砖。 流铝槽和出铝口等部位，铝液冲刷严重，一般采用 自结合或氮化硅结合的碳化硅砖，也有用锆英石 砖做内衬； 输送铝液管道的好材料——钛酸铝——具有线膨胀 系数低，抗热震性好，热导率低，保温性能好等 优点 不接触铝液的炉衬，一般采用粘土砖、粘土质耐火 浇注料或耐火可塑料。
铝工业炉
2.1、氧化铝用工业炉 2.2、铝电解槽 2.3、铝熔Байду номын сангаас炉和保温炉 2.4、铝水罐
铝工业炉
2.1生产氧化铝用工业炉
生产氧化铝主要采用碱法，即碱石灰烧结法； 其工艺过程： 先将 Al2O3 / SiO 2 (质量比)小于4的铝矾土、碳酸钠 、石灰混匀，于1200~1300℃煅烧生成 Na2O Al2O3 、 2CaO SiO 2 等，然后细磨、浸出、分离出 Al（OH） 3 再将 Al（OH） 3 焙烧脱水制得 Al2O3 。
铝工业炉用耐火材料
目前铝工业炉窑大 量使用不定形耐 火材料，对节能 和提高使用寿命 有显著效果。
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一般采用回转窑和闪速炉煅烧。
铝工业炉
2.1.1回转窑
回转窑窑体为钢板焊接而成的筒体，内衬耐火材料。 回转窑内煅烧过程为： 高温火焰和被加热物料在炉内作逆向运动。碱石灰 铝矾土生料浆（含水40%）或氢氧化铝（含水 12%~18%）由窑尾加入，经低温干燥脱水、加热、高 温煅烧，从窑头出料，而高温气体由窑头向窑尾流动。 因此，窑内划分为预热带和高温煅烧带。为防止浆料在 加热煅烧过程中粘结窑衬并强化传热过程，在耐火材料 砌体间还设置有链条，在窑体转动的过程中，不断地打 击物料和衬砖，对窑衬有一定的损坏。所以回转窑内耐 火材料工作环境恶劣，条件苛刻，它应当具有如下一些 特性特性：
铝水罐
铝工业炉用耐火材料
3.4铝水罐用耐火材料
非工作层一般采用体积密度为1.7g/cm*3的轻 质浇注料或轻质高铝砖，为了加强保温效果 ，减轻罐体重量，可采用氧化铝空心球耐火 浇注料。 工作衬一般采用SiO2低的高铝砖砌筑。 现在有的罐底内衬采用刚玉质耐火浇注料，出 铝口周围采用碳化硅转、刚玉砖或熔融石英 砖砌筑。
②过滤：除去残渣氧化亚铁(FeO)、硅铝酸钠等 ③酸化：向滤液中通入过量CO2 .
NaAlO2 CO2 2H2O Al（OH） 3 NaHCO 3
④过滤、灼烧 Al（OH） 3
2Al（OH） Al2O3 3H2O 3
高温
⑤电解：氧化铝
2Al2O3 4Al 3O2
铝
工业制法
1854年，法国化学家德维尔把铝矾土、木炭、食盐混合，通 入氯气后加热得到NaCl· AlCl3复盐，再将此复盐与过量的 钠熔融，得到了金属铝。 这时的铝十分珍贵，据说在一次宴会上，法国皇帝拿破仑独 自用铝制的刀叉，而其他人都用银制的餐具。泰国当时的 国王曾用过铝制的表链；1855年巴黎国际博览会上，展出 了一小块铝，标签上写到：“来自粘土的白银”，并将它 放在最珍贵的珠宝旁边。1889年，俄国沙皇赐给门捷列夫 铝制奖杯，以表彰其编制化学元素周期表的贡献。1886年 ，美国的豪尔和法国的海朗特，分别独立地电解熔融的铝 矾土和冰晶石的混合物制得了金属铝，奠定了今天大规模 生产铝的基础。
SiO2+Al→Al2O3+Si
铝
因此： 含SiO2的耐火材料均不宜作为金属铝熔炼设 备的筑炉材料。 所以： 一般铝工业炉用耐火材料，除高铝砖外，常用 碳质制品。
铝
从铝土矿中提取铝反应过程：
①溶解：将铝土矿溶于NaOH熔液
Al2O3 2NaOHaq 2NaAlO （偏铝酸钠） H2 O 2
铝工业炉用耐火材料
3.1生产氧化铝用耐火材料 3.2铝电解槽用耐火材料 3.3铝熔炼炉和保温炉用耐火材料 3.4铝水罐用耐火材料
回转窑
铝工业炉用耐火材料
3.1生产氧化铝用耐火材料 回转窑：
回转窑的绝热层为靠窑壳铺一层耐火纤维毡，然后用 硅藻土、漂珠砖或轻质粘土砖砌筑，现在有的改用 轻质耐火浇注料。 预热带工作衬用粘土砖砌筑，高温煅烧带用高铝砖或 磷酸盐结合不烧高铝砖。 目前，不定形耐火材料在铝工业得到了广泛应用，如 在煅烧带用低钙铝酸盐结合的耐火浇注料，窑口、 窑头罩、窑尾等部位用钢纤维增强耐磨浇注料等。
铝熔炼炉和保温炉 因此：
铝工业炉
适应于铝熔炼炉和保温炉的耐火材料必须有： 较高的烧结强度； 细小的气孔直径； SiO2、Na2O、K2O含量低； 表面与熔液不润湿等。 此外： 炉衬还应具有在800℃的温度下良好的烧结性能 。
铝工业炉 2.4、铝水罐
铝水罐——盛铝液的高温容器。 铝水罐用耐火材料要求： 能耐铝水的侵蚀； 能承受急冷急热的作用； 保温性好。
闪速炉
铝工业炉用耐火材料
闪速炉是先在炉壳上安装耐热钢锚固钉或陶瓷锚固
件，然后铺一层20mm厚的耐火纤维毡，最后浇注 200~300mm厚的耐火浇注料。在 Al（OH） 3 焙烧中 ，初生态的 Al2O3 的活性大，可能与 Al2O3 SiO 2 质耐火材料中的游离 SiO 2 发生莫来石反应（也称 三次莫来石），使衬砖结构破坏。同时因为对氧化 铝产品的质量有很严格的要求，内衬材料任何杂质 的混入都直接影响产品的性能。 所以，焙烧炉主要采用 Al2O3 含量高（不小于45%） 的浇注料和喷涂料。
铝
1.在世界有色金属生产中，铝——年产量居世界第一 2.生产金属铝的方法——两步法： 第一步：用湿法从铝矾土矿中制取工业氧化铝； 第二步：以工业氧化铝为原料，采用熔盐电解法制 取金属铝。 3.生产过程中所用高温炉窑：回转窑、闪速窑、熔盐 电解槽、熔铝炉等。 4.铝工业炉的耐火材料消耗量很大。
1.2工业制铝