铝加工用阳极焙烧炉内铝硅酸盐耐火材料的气相腐蚀

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土 颗 粒 被腐 蚀 和 玻 璃 相 （ 由钠 反 应 生成 ） 因和 氟
发生 反 应 而消 失 。 图 ｌ 是 密 化 区域 （ 离 阳极 一 １ 距
０ｏ ．ｏ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０
加 入 微 量 的红 柱 石 和 活 性 氧 化 铝 以形 成 二 次 莫 来石 相 ；２ 降低 黏 土 含 量 以减 少 玻 璃 相 的 形 成 ；３ ） ）优 化 烧 结 温 度。
关 键 词 ：耐火材料 ；腐蚀 ；显微结构 ；热力学平 衡 ；电子显微镜
中 图分 类 号 ：Ｔ １５ １ Ｑ７． ２ ７
子 的全 貌 。
和 无定 形 相 含 量较 低 的基础 上 的 。在 Ａ砖 和 Ｃ砖 中发 现有 未 莫 来 石 化 的 红 柱 石 ，表 明 它们 在 较 低
的温 度 下 烧 制 或 者 其 保 温 时 间 比 Ｂ砖 和 Ｃ砖 短 。 其 无定 形 相 和方 石 英 数量 高 于 Ｃ砖 和 Ｄ砖 ，这 是
Ｘ 射线 荧 光分 析得 出 的氧化 钠 含量 。从 表 中可 以 一
看 出 ．靠 近 砖 中间 的氧 化 钠 含 量 在增 加 ，而 烧 嘴 附 近 的含量 在 减少 。 除 了在 “ ” 区的二 氧 化硅 的 ａ 含 量 低 二 ｒ Ｃ砖 外 ，其他 各 个 区 域 的氧 化 物含 量 是
可 能 是 由 于里 面含 有 氧 化 铝 的 缘 故 。 Ｂ砖 中莫 来
在 阳极 经 高 温 处 理 的 过 程 中 ， 由阳 极 棒 处 回 收 的 氟蒸 气 和 钠 蒸 气 可 能会 与 耐 火 材 料 反 应 ．并 可 能 引 起 开 放 式 焙 烧 炉 烟 道 的破 坏 。诸 如 变 形 、
对 不 同耐 火材 料侵 蚀测 试 的研 究进展 。 ・对 硅 酸盐 质 耐 火 材料 的气 相 侵 蚀 做 出热 力
学 预测 ，把这 些估 算 与试验 结 果相 比较 。
２ 阳 极 焙 烧 炉 内耐 火 材 料 的原 位 分 解
２１ 阳极 焙烧 炉 ． 铝 的生 产 是 通 过将 铝 土岩 电解 ，从 而 将 组 成
图 ３ ４种 阳 极 焙 烧 炉 用 耐 火 砖 矿 物 相 分 析 （ Ｒ Ｘ Ｄ）
石 细颗 粒和 黏 土在 高温 下转化 而 来 的。
２２ 腐蚀 后 的耐 火材 料 的研 究 ．
Ａ 砖 和 Ｂ砖 中 的莫 来 石 含 量 较 高 ，这 是 红 柱 石 作 用 的结 果 。Ａ 砖 和 Ｃ砖 中 刚 玉 的 含 量 较 高 ，
石 的含 量 并不 完全 来 自于 红柱 石 （ 最大 量 为 ８ ％～ ０ ８ ％） 的莫 来 石 化 。其 中 ９ ％的莫 来 石 由 氧化 铝 ２ ２
和二 氧 化 硅 反应 生 成 。这 种 假 设 是 建 立 在 氧化 铝
极 焙 烧 炉 可 以和 有 代 表性 的 内膛 相 比较 。这 些 凹 槽 由 中空 的隔 离 墙 即 烟道 墙 连接 。这 些 烟 道 墙 是 由上 面 的气 体 燃 烧 室来 加 热 。 图一 出 了这 种 炉 ２示
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图７
氧 化 钠 百 分 含 量 与 被 腐 蚀 的 Ａ、Ｂ、 Ｃ、Ｄ 砖 原 始 界 面 距 离的 函数 关 系
图 ７示 出 了不 同被腐 蚀 砖 （ Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ） 由 Ｅ Ｓ测得 的氧 化 钠 的 含 量 变 化 图 。 由这 些 数 据 可 Ｄ 以确 定被 腐 蚀 后 剖 析 的砖 中 的氧 化 钠 含 量 是 增 加 的 。氧化 钠 的总 量是 不 固定 的 ：它 取 决 于 耐 火 材 料 的 使用 寿 命 和 喷洗 阳极 棒 的工 艺 。差 的 阳极 棒 喷 洗 工艺 在 炉 子 中会 产 生 更 多 钠 蒸 气 。样 品 Ｃ 、 １
Ｂ ｔ ｒ等 人 阐述 了其 变 形 机 理 。 在 ｌ０ ０Ｃ， ｕｔ ｅ ５￣
Ｎ Ｆ蒸 气 形成 并 开始 和二 氧 化硅 反 应 ，造 成 的结 ａ 果 是 阳极 二 氧 化 硅 损 失 同 时形 成 了刚 玉 。在 … ａ’
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确定。
Ｃ ： 全 貌 砖 富 硅 基 质 的 详 图
砖 。这 种 差 异 与玻 璃 相 含 量低 有 关 ，因此 Ｂ砖 中
的莫来 石含 量 较高 （２ 。 ９ ％）
图 ４示 出 了 Ａ砖 和 Ｃ砖 的显 微 结构 。在 Ａ砖
中 ，骨 料 为红 柱 石 ；而在 Ｃ砖 中则 是 耐火 黏 土 颗
粒 。基 质 由莫 来 石 和 玻 璃 相 组 成 ，它 们 是 由红 柱
第３卷 第６ ５ 期
表 １
２１ ０ ０年 １ ２月
耐 火 与 石 灰
阳 极 焙烧 炉 用 耐 火 材 料烧 制 前 后 的 特性
・１ ９・
开 放 式 阳 极焙 烧 炉是 在 碳 阳极 下 分 布 了很 多
凹槽 ．这 些碳 阳极 在 １１０ １２ ０Ｃ 会 变 形 。 阳 ５ — ５ ￣下
耐 火
由氧 化铝 变成 铝 。阳极 焙烧 炉用 于如 下反 应 ：
２ １ ３ ３ －￣Ａ ＋ Ｃ ２（ Ｉ 金 属 铝 消 耗 ０５ Ａ２ ＋ Ｃ － １３ ０ 每 ｔ ０ ４ ．ｔ
碳 阳极 ）
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图２ 阳极 焙 烧炉 视 图
Ａ一 貌 ；Ｂ 耐 火 材 料 炉 衬 全 一
为 了把 氧化 铝 转 变 成 铝 。在 电 解 过 程 中使 用 碳 阳极 （ １ 。这 些 碳 阳极 由 ５ 冈 ） ％煤 焦 油 （ 为 作
碳 的 腐 蚀 做 了 研 究 。通 过 耐 腐 蚀 试 验 ，发 现 在 阳 极 焙 烧 炉 周 围 的 被 腐 蚀 的 样 品 中形 成 了 富 钠 的 玻 璃 相 。 耐 火 材 料 基 质 中 莫 来 石 化 的红 柱 石 减 少 了 钠 气 腐 蚀 时 形 成 的玻 璃 相 。 为 了 提 高 其 抗 腐 蚀 能 力 ，建 议 如 下 ：１ ）原 料 中
第３卷 第６ ５ 期
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２１ ０ ０年 ｌ ２月
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法 用 绿 铬 矿作 为 内部 标 准 ，并 且 莫 来 石 的参 考 按
。
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照 我们 所 知道 的莫 来 石总 量 的 ２３ ／。从 阳极 一侧 到
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铝加 工用阳极焙烧 炉 内铝硅酸盐 耐火材料 的气相腐蚀
摘 要 ：为了更好地了解阳极焙烧炉烟道用耐火材料腐蚀机理 ，对用后样品和在实验室条件下钠气及一氧化
本 文 的 目的是 使 人 们对 气 相 腐 蚀 耐 火 材 料 的机 理
有 更好 的理 解 。 本 文分 为 ３ 分 ： 部
口
图 １ 电 解 铝 生 产 过 程
阳极
・阳极 焙烧 炉 内耐 火 材 料 损耗 检 查 和 侵 蚀 机 理 的理解 。
・耐火 原料 （ 火 黏土 、红柱 石 、莫来 石 等 ） 耐 中加 入不 同红 柱 石或 耐 火 黏 土 ，在 实 验 室条 件 下
氛下 发生 碳化 。
１ １０ １２ ０Ｃ的热 处理 时 会 软 化 。在 高 温 下 。从 ０ Ｎ ５ ￣
阳极 靶 回收来 的氟 和 钠蒸 气 和耐 火 材 料 反 应 并且
可 能 形 成一 些 破 坏 ，诸 如 变形 和 焙 烧 炉 烟 道 （ 所
谓 的烟 道墙 ）大 面积 的 开裂 。 焙烧 炉 烟道 墙用 耐 火材 料 的损 耗很 令 人费 解 。
２ ・ ０
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ＲＥＦ ＲＡＣ ＯＲＩ Ｔ ＥＳ ＆ Ｌ ＭＥ Ｉ
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Ｖｏ．５ Ｎｏ６ １ ３ ．
大 量裂 纹等 等 。 为 了 检查 内衬 的侵 蚀 ，从 不 同 焙 烧 炉墙 上选 取试样 ，观察 和分 析被 侵蚀 的砖 （ ５ 。 图 ）
不 变 的
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距 离／ ｍｍ （ ＝ ｍｍ；Ｂ ＝１ ０ ＡＳ ０ Ｓ ０ ｍｍ）
侧 １ｍ ５ ｍ） 的详 图。该 区域 的基 质 由玻璃 相 和刚 玉 棒 组成 ，细 颗粒 莫 来 石 化 红 柱 石 未 被 腐蚀 。 在 Ｄ 砖 中也有 相类 似 的情 况 。
表 ２
阳极 焙 烧 炉 用 耐火 材 料 矿 物相 分 析
（ Ｘ Ｄ 和 Ｒ ｅｖ ｌ 测得 ） 由 Ｒ ｉｔｅｄ法
Ａ砖 开 口气 孔 率 较 高 。Ｂ砖 的常 温 耐 压 强 度
未 腐 蚀 砖 中 无 定 形 相 和 晶 相 的 数 量
和荷 重 软 化 能力 表 明其 物 理 性 能 不 同于 其他 ３种
这 些砖 是 由耐 火 黏土 和 红 柱 石 颗 粒 组 成 的 。 基 质 是 由莫 来 石 和 玻璃 相 组 成 。Ａ砖 和 Ｂ砖 具 有相 似 的 结 构 ， 即 ：红 柱 石 细 粉 、黏 土 和 氧 化 铝细 粉 ， 并 且 作 为 骨料 的 氧 化 铝 细 粉 百 分 含 量 为 ６ ％。Ｃ ０ 砖 和 Ｄ砖 氧 化铝 含 量 相 对较 低 （ 化 铝 平 均含 量 氧 为 ５ ％） ０ ，骨料 为黏 土颗 粒 （ 表 ２ 。 见 ）
Ｄ １和 Ｃ ３中氧 化钠 的 含量 低 于 “ ” 区 （ ａ 接近 阳极
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