湖南某大型鋁業(yè)公司35t矩形熔鋁爐單側(cè)布置一對(duì)蓄熱式燃燒器，采用0#柴油為燃料，通過(guò)爐氣抽吸循環(huán)，使得爐溫均勻，在爐內(nèi)和燃燒器內(nèi)形成一個(gè)循環(huán)穩(wěn)定的爐氣場(chǎng)。爐膛工作溫度為900～1150℃，鋁液出爐溫度控制在720～760℃。其工藝路線：電解鋁液+固體廢料(含氯、氟的鉀鹽、鈉鹽的造渣劑)→攪拌扒渣(錳劑、鐵劑、銅劑、鉻劑等金屬合金劑)→攪拌扒渣(精煉劑)→攪拌扒渣→機(jī)械攪拌扒渣→出鋁。
蓄熱式燃燒器蓄熱箱耐火材料采用的是牌號(hào)為75～28的高鋁水泥結(jié)合輕質(zhì)鋁硅系耐火澆注料，是由莫來(lái)石輕質(zhì)耐火骨料、鋁酸鈣水泥、硅微粉等配制而成。蓄熱箱耐火材料使用3個(gè)月后，出現(xiàn)層狀脫落，厚度大約為5～8mm；使用5個(gè)月后，出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性層狀脫落，厚度大約為20～30mm。脫落的耐火材料表面有沉積反應(yīng)物，且蓄熱體在使用5～8d時(shí)表面就被煙氣中的沉積物覆蓋，需要清理1次。
1 損毀機(jī)制分析
? ? 首先對(duì)沉積在熔鋁爐用耐火材料表面的反應(yīng)物和沉積在蓄熱體表面的煙塵沉積物取樣，并進(jìn)行了XRD分析，結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。
由圖1可知，沉積在耐火材料表面的反應(yīng)物主要由Na6Ca2Al6Si6O24(S04)(天青石)、Na2s04(無(wú)水芒硝)、K3Na(SO4)2(鉀芒硝)、α-Al2O3(剛玉)組成。由圖2可知，沉積在蓄熱體表面的煙塵主要由NaCl(石鹽)、K3Na(S04)3(鉀芒硝)、KCI(鉀鹽)組成。
分析認(rèn)為，蓄熱箱耐火材料的損壞是由兩方面的綜合效應(yīng)所致：
(1)在熔煉過(guò)程中，加人0.15％～0.20％(加)造渣劑、0.1％～0.15％(伽)合金調(diào)整劑以及精煉劑等輔料，產(chǎn)生大量含有H+、Na+、K+、Cl-、F-、s6+的煙氣附著在耐火材料表面，并從耐火材料氣孔中滲入，與高鋁水泥結(jié)合輕質(zhì)多孔的鋁硅系蓄熱箱體耐火材料中的ca2+、Al3+、Si4+以及02-等發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成了大量的低熔點(diǎn)Na6ca2Al6Si6O24(SO4)(天青石)、Na2SO4(無(wú)水芒硝)、K3Na(SO4)2(鉀芒硝)，破壞了組織結(jié)構(gòu)，使其疏松變質(zhì)損壞。
(2)由于大量使用助劑，加之強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌，使其充分反應(yīng)產(chǎn)生大量的煙氣，阻塞了蓄熱體的縫隙，影響了換熱和爐壓，因此，必須要對(duì)蓄熱體進(jìn)行頻繁清理(每周約1次)。這樣的操作又使蓄熱箱耐火材料遭受?chē)?yán)重的熱震損壞和機(jī)械損壞，再加之耐火材料本身的強(qiáng)度有限，使得變質(zhì)層與原質(zhì)層剝離，形成層狀剝落，并隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而加劇。
2 改進(jìn)的方案及效果
? ? 通過(guò)以上分析，認(rèn)為在基本不改變?nèi)垆X爐用耐火材料的體積密度、導(dǎo)熱性的前提下，需要提高耐火材料的強(qiáng)度。
因此，選用了原料純度較高，引入ca2+、Si4+較少的低水泥輕質(zhì)氧化鋁空心球耐火澆注料。其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。另外，通過(guò)微粉使用量和粒度結(jié)構(gòu)的調(diào)整，有效提高了材料強(qiáng)度，確保在清理蓄熱體時(shí)可以抵抗一定的機(jī)械損壞。
改進(jìn)后的蓄熱箱耐火材料使用3個(gè)月后，結(jié)構(gòu)完整，無(wú)層狀脫落，表面有沉積物，但無(wú)深入反應(yīng)；使用5個(gè)月后，結(jié)構(gòu)仍然完整，無(wú)層狀脫落，表面有沉積物，反應(yīng)少。因此，完全滿(mǎn)足此熔鋁爐冶煉工藝的要求。
結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)此鋁業(yè)公司35t熔鋁爐蓄熱式燃燒器蓄熱箱耐火材料的損壞剖析和改進(jìn)，認(rèn)為在熔鋁爐上應(yīng)用的燃燒器蓄熱箱耐火材料，需要考慮燃燒器燃料、冶煉工藝環(huán)境等參數(shù)，并針對(duì)其不同設(shè)計(jì)選用合適的耐火材料，以期達(dá)到工藝的使用要求。
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