耐火材料原材料——电熔镁砂的熔炼过程

【字体选择: 】 (2020/9/16 10:42:45) 摘自:

           电熔镁砂是碱性耐火材料应用最为广泛的耐火原材料之一,氧化镁(MgO)从原料中熔析过程就是电熔镁砂的熔炼过程。我国电熔镁砂生产的原料主要是菱镁矿石,这些原料中包含有许多杂质,主要有SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3等,由于不同物质的熔点是不同的,这就决定了熔炼电熔镁砂的方法采用的是排析法。根据原料中各杂质熔点的不同,通过电弧的热量,不同成分的杂质会依次在各自熔点的温度熔化。随着在熔融过程中温度的提升,熔点低的杂质就会首先熔化,向外迁移,温度不断的升高,杂质陆续的析出,这样就会使主体氧化镁的纯度越来越高。




在电熔镁砂熔炼过程中,依次经历了熔融、排析、提纯、结晶。如果原料中的含有较多的杂质(尤其是SiO2),会在镁砂的提纯过程中受到一定的限制,从而会使熔块的理化性能受到一定程度的影响,因此我们要优先考虑选用纯度较高的菱镁矿石作为熔炼的原料。熔化速度受到原料粒度的影响。在工业生产时一般在投料前,要先对矿石进行破碎处理,粒度过大会导致降低熔化速度的降低,电耗量也会相应的增加,但是粒度过小,则杂质往往会在料层中间熔化而结壳,这样杂质挥发逸出就会变得很难,熔块的质量和纯度就会在很大程度上受到影响。因此在电熔镁砂熔炼过程中保持合适的料层厚度是非常关键的。料层薄,就会使进加料间隔时间缩短,操作时供电制度容易波动,易冒火。料层过厚会导致料结壳,不利于杂质的逸出,因此,选择合理的原料、高水平的操作及合适的电热制度,这些都是熔炼出合格的电熔镁砂产品至关重要的步骤。






图1 电熔镁砂生产工艺流程示意图
用电熔法生产电熔镁晶体的过程可以分为下面三个阶段:起炉、熔化和收尾。首先,起炉阶段:把一层菱镁矿在炉底放,然后插入三根电极。再在电极间放入碳块,作为引弧材料,调整电极的位置起弧。起弧后等电流稳定以后就可向电极附近加料,其中电弧会直接熔化一部分料,在电极下端形成熔池,另外一部分料落入熔池熔化,随着原料的投入和熔化,熔池的高度会不断上升。因此在熔融过程中,电极要随熔池上涨而不断地调整上升。先前熔化的熔体逐渐会因炉体的不断散热降温而冷凝结晶,此时熔坨在熔池形成啦。炉体内,靠近炉壳周边的原料不能熔化,这样起到保温作用。随着熔融时间的延长,熔池不断上涨,等一直升到炉壳上口表面,此时熔融过程结束。停止供电。然后用小车将熔毕的晶坨连同炉体一起拉离开熔融工位,让其自然冷却,然后出炉,人工破碎、分级。整个电熔镁砂熔炼过程如图1所示。


电熔镁砂的熔炼过程是一个非常复杂的过程,受到许多因素的影响,不同的电热制度将生产出晶粒不同、纯度不同的产品。在电熔镁炉初始起炉阶段,由于炉底有极少的导电性能好的液体炉料,这就导致电路的电阻比较大,进而熔炼电流比较小,所以如果此时操作人员不能够谨慎细微的操作,一旦灭炉以后,再起炉就非常困难。

随着炉底导电液体炉料的不断增加,电路的电阻将逐渐变少,则熔炼电流将随之逐渐增大,一般在起炉后大约30至40分钟,电熔镁炉就进入了正常的熔炼阶段,处于此阶段时,随着加入固体炉料的不断熔化,电熔镁炉炉底将形成稳定的熔池,其电流也将逐渐稳定下来。在熔炼的过程中,需要操作人员不断地向炉内加入固体炉料,由于不断的加入的冷炉料会使得炉内的电路电阻和热平衡发生变化,从而引起熔炼电流的急剧变化。

同时,在熔炼过程中,由于受到外界的干扰,在某一时刻电流值可能会变得异常的高,此时为防止变压器跳闸,保证熔炼的连续性,应采取紧急的保护措施。当电熔镁炉处在降温阶段时,或者因为跳闸必须停止工作时,此时为保证熔炼的安全性,我们不要再触碰电极,也就是说电极不能有任何动作。随着熔炼过程的进行,会有越来越多的炉料在炉内冷却下来,当炉料表面和炉口的距离达到20cm左右时,操作人员一般会进行停止一切操作。此时,操作人员停电,并从炉内将电极提出。


熔炼电熔镁砂的过程是氧化镁自身的致密化和纯化过程,其工艺关键是多晶的生成和熔体的建立。在电熔镁炉中,来自电弧产生的高温使含镁量很高的的原料在炉中发生脱水、脱碳等物理化学过程并熔融。完全熔化的原料在电熔镁炉加热停止后开始一系列多晶生长过程属于保守过程。

根据stward提出的熟化效应,其熟化效应值得是大晶体逐渐成长并分析,这是通过消耗微晶或者从母液中吸附热扩散原子来完成的。在这个过程开始的时候,结晶原料处于一种液体状态,固体是通过在一个过冷熔体中的特定界面上凝固而开始生长的。当熔体中的某一部分的温度下降到熔点左右时,该部位将会无规律的出现晶核,随着热量的散发过程的不断进行,晶核周围的固液界面不断向熔体中扩展,在这个过程中晶体得以长大。

所以,要想提高多纯度的晶体,就首先要提高熔体的纯度。在熔化物料的过程中,首先熔化的是低熔点的杂质,MgO晶体并未熔,此时MgO构成多孔层,通过这些孔层低熔物有内向外渗透。

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