原料和烧成温度对炼铜炉用铝铬砖性能的影响

摘要

随着我国节能环保政策的要求和有色金属工业科技的进步，铜冶炼炉衬材料的使用条件越来越苛刻，因此对耐火材料提出了更高要求。当前铜冶炼工业中广泛采用镁铬质耐火材料，但镁铬砖中的方镁石容易同铜渣反应，降低了镁铬砖的抗渣性能。有研究结果表明，在铜冶炼炉上，由铝铬渣制备的铝铬砖使用性能优于普通烧结镁铬砖。当前，关于铝铬砖的研究还比较少，并且没有进行过原料和制备工艺的系统研究。本课题以刚玉和铬精矿为主要原料，通过对材料常温物理性能、抗热震性和抗渣性的研究，并结合材料的物相组成和显微结构分析，讨论了刚玉原料、烧结温度、添加剂（脱硅锆和α-Al2O3）等因素对铝铬砖性能的影响。
　　本文分别选用板状刚玉、白刚玉、亚白刚玉及棕刚玉作为主要原料，同时加入铬精矿，以磷酸盐为结合剂，制备了铜冶炼炉用铝铬质耐火材料。试验结果表明，棕刚玉由于原料的体积密度最高，材料内的杂质可以促进液相烧结，材料的致密性最好，并且材料具有较高的耐压强度和抗热震性。综合考虑，棕刚玉可以满足铝铬砖性能要求而且性价比最优，适于铝铬砖的制备。
　　使用棕刚玉为骨料制备铝铬砖，分别在1460℃、1500℃、1540℃、1580℃、1620℃下烧成，研究了烧成温度对铝铬砖性能的影响。结果表明:随着烧成温度提高，材料的烧结性能得到改善，1580℃时材料的显气孔率最低，材料的体积密度和耐压强度最高，抗铜渣侵蚀性好，但抗热震性较差。当烧成温度提高至1620℃时，材料的常温性能和抗渣性变化不大，但抗热震性下降。
　　在铝铬砖中引入一定量的脱硅锆和α-Al2O3微粉，研究了两种添加剂加入量对铝铬砖烧成后的常温物理性能的影响，并通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)和X-射线衍射(XRD)，分析了加入两种添加剂对铝铬砖抗热震性和抗铜渣性等高温性能的影响，实验结果表明:加入脱硅锆有利于砖体的致密度和强度提高，加入3％时材料的抗热震性最好。由于ZrO2在冷却过程中发生马氏体相变，微裂纹增韧，提高了材料的热震稳定性，同时ZrO2引入也有利于提高渣的粘度，减少铜渣对材料的侵蚀，从而提高铝铬砖的抗铜渣侵蚀性。引入α-Al2O3微粉可以有效促进铝铬砖的烧结和强度增大，加入量为6％时砖体结构的致密性最好。α-Al2O3微粉的填充和烧结促进作用，能够抑制熔渣的渗透，使材料的抗渣性提高。
　　通过对原料和烧成温度的系统研究，找出了适合铝铬砖制备的刚玉原料和烧成温度，改进了材料的力学性能、抗热震性和抗渣性，为铝铬砖的工业化生产及其在铜冶炼炉中的应用提供了指导和依据。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 有色铜冶炼炉及相关工艺

1．1．1 闪速熔炼炉

1．1．2 澳斯麦特炉与艾萨炉

1．1．3 转炉

1．1．4 精炼炉

1．2 铜冶炼特点和对耐火材料的要求

1．2．1 铜冶炼特点

1．2．2 铜冶炼对耐火材料的要求

1．3 铜冶炼用耐火材料的侵蚀

1．3．1 金属及硫化物的侵蚀

1．3．2 FeO-SiO2渣的侵蚀

1．4 常用炼铜炉用耐火材料的特点

1．4．1 镁铬质耐火材料及其抗侵蚀性能

1．4．2 铝铬质耐火材料及其抗侵蚀性能

1．5 课题研究意义与内容

1．5．1 课题研究的意义

1．5．2 课题研究内容

2 试验方案与试验过程

2．1 试样制备

2．1．1 试验用原料

2．1．2 试验砖配比

2．1．3 工艺流程

2．2 渣样制备

2．3 试验方法与检测

2．3．1 理化性能检测

2．3．2 抗渣试验

2．3．3 X射线衍射分析

2．3．4 显微结构和微区元素分析

3 刚玉原料对铝铬砖性能的影响

3．1 原料对铝铬砖体积密度和显气孔率的影响

3．2 原料对铝铬砖耐压强度的影响

3．3 原料对铝铬砖抗热震性能的影响

3．4 原料对铝铬砖抗渣性能的影响

3．5 本章小结

4 烧成温度对铝铬砖性能的影响

4．1 烧成温度对铝铬砖体积密度和显气孔率的影响

4．2 烧成温度对铝铬砖耐压强度的影响

4．3 烧成温度对铝铬砖抗热震性能的影响

4．4 烧成温度对铝铬砖抗渣性能的影响

4．5 本章小结

5 不同添加剂对铝铬砖性能的影响

5．1 脱硅锆对铝铬砖性能影响

5．1．1 脱硅锆加入量对铝铬砖体积密度和显气孔率的影响

5．1．2 脱硅锆加入量对铝铬砖耐压强度的影响

5．1．3 脱硅锆加入量对铝铬砖抗热震性能的影响

5．1．4 脱硅锆加入铝铬砖对其抗渣性能影响

5．1．5 渣蚀后试样的SEM分析

5．2 α-Al2O3对铝铬砖的性能影响

5．2．1 α-Al2O3微粉加入量对铝铬砖体积密度和显气孔率的影响

5．2．2 α-Al2O3微粉加入量对铝铬砖耐压强度的影响

5．2．3 α-Al2O3微粉加入量对铝铬砖抗热震性的影响

5．2．4 α-Al2O3加入铝铬砖对其抗渣性影响

5．2．5 渣蚀后试样的SEM分析

5．3 铝铬砖的X射线衍射分析

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

致谢