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高纯铝熔解炉用耐火材料

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发布时间：

2022-01-26

【概要描述】

典型的铝熔解炉炉衬耐火材料通常采用高铝耐火材料、Si3N4与SiC耐火材料组合而成。当使用高铝耐火材料时，由于耐火材料中的SiO2和杂质Fe2O3将被还原为Si和Fe并熔化为金属铝，因此很难获得高纯度的金属铝。

典型的铝熔解炉炉衬耐火材料通常采用高铝耐火材料、Si3N4与SiC耐火材料组合而成。当使用高铝耐火材料时，由于耐火材料中的SiO2和杂质Fe2O3将被还原为Si和Fe并熔化为金属铝，因此很难获得高纯度的金属铝。当使用Si3N4粘结SiC耐火材料时，虽然它可以减少杂质熔化到金属铝中并获得高纯度的金属铝，但由于Si3N4粘结SiC耐火材料含有Si，因此仍然存在金属铝从耐火材料中拾取Si的风险。

因此，为了生产非常高纯度的铝，需要一种不引入杂质的耐火材料。根据化学原理，在现有耐火材料产品中，认为与制备金属铝相同的原料Al2O3生产的刚玉耐火材料可以满足上述要求。该刚玉耐火材料主要以烧结氧化铝或板状氧化铝为原料，掺入适量的氧化铝微粉制成。其技术关键是利用纯基体实现氧化铝的自清洁结构，从而获得高强度而不使杂质熔入金属铝中。

另外，由于铝冶炼过程中温度变化较大，铝熔解炉所用的炉衬耐火材料在快速温度变化的条件下应具有不剥落、抗热震性好的特点。可以看出，具有高抗热震性且不受杂质侵入金属铝的刚玉耐火材料是生产高纯铝的重要耐火材料。这种刚玉耐火材料含有超过94%的Al2O3，具有很高的耐热性和抗冲击性。

当使用砖（Al2O3含量为94%）作为冶炼99.99%铝的熔解炉内衬时，发现制备的金属铝中的杂质显著减少，且杂质少于Si3N4粘结SiC砖内衬中的杂质。进一步研究表明，用94%Al2O3刚玉砖建造的熔解炉已成功地用于生产99.999%Al和99.9999%Al，可见这种结构致密、Al2O3含量大于94%的特殊刚玉砖是生产高纯金属铝的耐火材料。

在材料设计方面，添加能够有效限制成分渗透的成分。

通过优化刚玉耐火材料颗粒，添加适量的非氧化物，选择优质粘结剂，采用高压成型，可获得性能较好的复合刚玉耐火材料（制品）。当这些高性能复合刚玉产品用于熔解炉时，它们可以限制熔融铝的渗透，减少结构剥落和损坏，提高耐火材料的使用寿命。

目前已知，通过优化耐火材料颗粒分布和微粉应用，制造平均孔径不超过0.5μM（不超过液态铝渗透的临界孔径），低透气性耐火材料可限制液态铝渗透。

根据熔融产物和操作条件，认为SiO2-Al2O3耐火材料可作为熔解炉的衬里耐火材料。考虑到金属铝和铝合金中的合金元素对SiO2的还原能力强，应选择高Al2O3含量的SiO2-Al2O3耐火材料（如铝土矿耐火材料和刚玉耐火材料）。在组织结构上，应制造透气性低、孔径小于0.5um的高铝耐火材料，以适应熔解炉的使用条件。

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