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    產品知識

    耐火磚爐襯保護層掛渣應注意的問題有哪些?

    作者:河南耐火材料廠日期:2019-03-14閱讀

      主加熱區鍋外壁的耐火磚保護層,如果粘結不牢掉磚后出現鍋壁被火焰直燒現象,局部過熱就會出現蝕坑,從而漏鋅。熱工設備漏鋅前的異?,F象及檢測方法盡管采用取一系列的技術措施,但如果發生特殊情況,仍有一定漏鋅的危險,不可掉以輕心,當熱工設備使用到臨近壽命期時應提前注意下列問題。
     


     

      生產中應注意的幾個問題:

     ?。?)熱工設備內的測溫點應選23個,其中一個必須在熱工設備壁溫度處,即容易漏鋅處。在生產全過程中一定要控制其溫度,一旦發現超過480e,應立即采取相應降溫措施,鋅液溫度一般情況下比熱工設備內壁溫度低1020e,鋅溫480e時熱工設備已是到了危險熔蝕的溫度,鋅溫在480e連續8h超十次,或累計超100h,那么熱工設備使用壽命將會減少12個月,并多生成鋅渣約13t(40t熱工設備)。

     

     ?。?)換品種或停電時,鋅溫容易驟升,此時應在熱工設備中適量加添已經預熱的鋅塊和固體溶劑Cl,并攪拌,以降低鋅液溫度和稀釋鋅液。Cl用圓網狀長把勺裝好,預熱后放入鋅液內攪拌,以凈化鋅液。煙霧大,注意防護。

     

     ?。?)定期撈渣,一般是2-3個月撈一次渣,撈渣不僅是正常生產的需要,也是改變鋅液與鋅渣交界位置的措施,可減少此部位的漏鋅因素。必須注意,撈渣時盡量避免磕碰涂有微晶纖維涂層的鍋內壁,以免碰掉,失去了保護能力。

     

      近年來,我國山西侯馬、安徽銅陵以及云南等的有色金屬冶煉廠都引進了澳斯麥特熔煉爐與吹煉爐。澳斯麥特爐采用頂吹浸沒式噴槍工藝,通過噴槍的風量、氧氣量、煤量及槍位調節控制對熔體的強烈攪拌。熔煉爐 熔池深約114m ,熔煉溫度約1200℃,煙氣中SO2濃度約為11%,為連續式生產。熔煉出來的冰銅進入澳斯麥特吹煉爐內進行吹煉,吹煉也分為造渣期與造銅期,吹煉爐每爐吹煉時間約7h,吹煉溫度在1300℃左右,煙氣中SO2濃度在14%左右。

     

      在侯馬冶煉廠的兩臺澳斯麥特爐:熔煉爐與吹煉爐中,爐襯采用相同的鎂鉻磚,吹煉爐冶煉溫度高,爐襯卻能掛30mm的渣,爐襯壽命超過6個月;而熔煉爐冶煉溫度低,爐襯卻掛不上渣,爐襯壽命不到60天。因此,澳斯麥特銅熔煉爐爐襯壽命就制約了整個銅的生產能力。

     

      為什么澳斯麥特銅熔煉爐爐襯上掛不上渣,而澳斯麥特銅吹煉爐上能掛上渣?如何才能在澳斯麥特銅熔煉爐上掛上渣?

     

      我們知道,在有色重金屬冶煉中,熔渣的主要成分是FeO與SiO2。FeO在適當條件下可氧化成Fe3O4,Fe3O4的熔點為1597℃,因此Fe3O4在1200~1300℃會從渣中析出掛在爐襯上形成保護層。在什么條件下FeO才能氧化為Fe3O4?

     

      若為純液態FeO,可以從熱力學計算出在1200℃時,由FeO氧化為Fe3O4時所需的氧分壓。

     

      從下列反應的標準吉布斯自由能變化:

     

      可求得反應式:

     

      其標準吉布斯自由能變化為:

     

      當T=1473K(1200℃)時,其ΔGA=-153825J/mol,又因:ΔGA=-RTlnKA于是得:

     

      即氧分壓大于1125×10-9kPa,液態純FeO就可氧化為Fe3O4。

     

      現在不是液態純FeO,而是組成(質量分數)為 47%FeO +33%SiO2 +10%CaO的銅熔煉渣中的 FeO。如果銅熔煉渣中的(FeO)仍以液態純FeO為標準態,則下面反應式:

     

      其標準吉布斯自由能變化仍為:ΔGB=-405134 +170161T但平衡常數KB則為:

     

      當T=1473K,ΔGB=-153825J/mol,因ΔGB=-RTlnKB,于是:

     

      將 p=1011325kPa 代入上式,得:

     

      已有的研究表明,在FeO2SiO2系相圖液相區內的FeO2SiO2熔渣接近理想溶液,即a(FeO)=x(FeO),x (FeO)為FeO在FeO2SiO2熔渣中的摩爾分數。從7225 將 1265℃時線外延可近似地得出w(SiO2)為 41%時,a(FeO)=0138。對于 FeO2SiO22CaO 銅熔煉渣,由于CaO比FeO堿性強,CaO會與SiO2結合,致使熔渣中自由FeO增多,即FeO活度增大;因此,可近似地認為組成為47%FeO +33%SiO 2 +10%CaO的熔渣(其中FeO的摩爾分數為0147)中,FeO 的活度a(FeO)≈0140,代入式(1),得:

     

      即只有當氧分壓大于3106 ×10-7kPa 時,上述 FeO2 SiO2 2CaO 熔渣中的FeO才能氧化為Fe3O4 ,并從渣中析出Fe3O4 。銅熔煉的目的是將銅礦中的FeS氧化為FeO使之進入熔渣中,而Cu2S成為冰銅(copper matte)。因此,澳斯麥特銅熔煉爐內氧的實際分壓可由下反應式估算出:

     

      由以下反應的熱力學數據:

     

      可求得反應式:

     

      的標準吉布斯自由能變化為:ΔGC=-430068 +33114T若熔渣中的 FeO 以液態純 FeO 為標準態,銅礦中的 FeS 是純凝聚相存在,則反應:

     

      的標準吉布斯自由能變化仍為:

     

      ΔGD=ΔGC=-430068 +33114T

     

      在 1473K 時,ΔGD=-381253J/mol,又由 ΔGD=-RTlnKD ,

     

      在 47%FeO +33%SiO2 +10%CaO 熔渣中,a(FeO) 可近似地認為等于 0140。銅熔煉爐內壓力為 1011325kPa(1atm),爐氣中SO2 的分壓為:0111×1011325 =11115kPa。代入上式得:

     

      這就是說,在我們討論的澳斯麥特銅熔煉爐內,氧的分壓只有1128×10-8kPa。顯然這一氧的分壓小于將渣中(FeO)氧化為Fe3O4 的氧分壓3106×10-7kPa。因此,在我們所討論的澳斯麥特銅熔煉爐的條件下,是不能析出 Fe3O4形成保護層的,即在鎂鉻磚爐襯上是掛不上渣的。

     

      如果我們能提高銅熔煉爐內的氧分壓至 3106 ×10-7kPa 以上,就可以使熔渣中的FeO氧化為Fe3O4。如何才能使熔煉爐內的氧分壓增大呢?從化學反應式(D)的標準吉布斯自由能變化式與ΔG =ΔH-TΔS 的比較可知,該反應的反應熱ΔH =-430068J,為一放熱反應。對于放熱反應,升高溫度不利于反應向右進行,而是有利于向左進行,因此,升高溫度,氧分壓反而會增大。其次從化學反應式(D)還可知,增大爐氣中SO2的含量與熔渣中FeO的活度(或濃度),同樣也會促使反應向左進行,從而增大氧分壓。但熔煉爐內氧壓過高會使冰銅或Cu2S氧化為Cu2O(通過反應式:Cu2S+115O2=Cu2O+SO2可算出氧壓pO2不要大于8185×10-5 kPa),進入熔渣而造成銅損失。

     

      澳斯麥特銅吹煉爐爐襯之所以能掛渣,就是因為吹煉爐內氧分壓較高的原故。

     

      除了提高澳斯麥特銅熔煉內的氧分壓外,還有其他辦法沒有?

     

      FeO 與 Cr2O3 能形成熔點高達 2100℃的鐵鉻尖晶石 FeO ·Cr2O3 ,FeO 與 Al2O3 能形成熔點達1780℃的鐵鋁尖晶石。

     

      由氧化物生成 FeO·Cr2O3 與 FeO·Al2O3 尖晶石的標準吉布斯自由能變化如下:

     

      在 1473K 時,上列反應的 ΔG皆為負值,分別為 -44267J/mol與-53572J/mol,即液態純 FeO 與Cr2O3或 Al2O3能自發生成FeO·Cr2O3 或 FeO ·Al2O3 尖晶石保護層。但現在FeO不是以液態純FeO存在,而是FeO2SiO 2 2CaO 熔渣中的 FeO。當以液態純 FeO 為標準態時,下列反應:

     

      的吉布斯自由能變化分別為:

     

      假設熔渣中 FeO 的活度比 0140 還小,a(FeO) =012,在1473K 時,

     

      從上面熱力學計算結果表明,生成鐵鉻或鐵鋁尖晶石的吉布斯自由能皆為負值;說明澳斯麥特銅熔煉內熔渣中的 FeO 能與爐襯中的 Cr2O3 或 Al2O3 自發地形成尖晶石保護層。因此,在澳斯麥特銅熔煉爐采用鉻鋁2尖晶石耐火材料由于形成尖晶石保護層而會使其壽命提高。這一熱力學理論分析結果,經山西侯馬冶煉廠澳斯麥特銅熔煉爐使用錦州長城耐火材料公司生產的 SA 長城牌鉻鋁2尖晶石磚得到證實,其壽命已從原來的 60 天提高到了一年半。

     

      應當指出,對于澳斯麥特銅熔煉爐,使用剛玉磚或鎂質耐火磚是不合適的。因為前者,Al2O3 易與 CaO 含量高的熔渣形成低熔點化合物鋁酸鈣;而后者,雖然 MgO 能吸收 FeO 形成連續固溶體,但 MgO 卻不抗高 SiO2渣的侵蝕,而且熔渣易滲入鎂磚內甚深。

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