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當今世界,能源與環(huán)境問題已受到越來越多的關注。隨著石油資源的逐漸枯竭,在有色冶金行業(yè)中,鋁的產(chǎn)量居第一位,據(jù)初步統(tǒng)計,2010年我國氧化鋁、電解鋁、再生鋁、鋁加工材產(chǎn)量分別為2894萬噸、1577萬噸、400萬噸和2026萬噸,分別占全球的35.9%、39.9%、18%和30.4%,“十一五”期間年均分別增長27.5%、15%、18%和25.6%,除再生鋁僅次于美國居第二位外,均居全球第一位,鋁及其合金廣泛應用于交通、能源、食品、電子領域中,截至2011年底,中國鋁土礦査明資源儲量為38.7億噸,鋁工業(yè)毎年消耗的耐火材料比銅、鉛、鋅冶煉消耗的耐火材料總量還多,而鋁工業(yè)消耗的耐火材料中又以鋁加工用熔鋁爐消耗最為巨大。熔鋁爐是鋁加工熔鑄行業(yè)中關鍵設備之一,鋁的熔煉過程也是鋁加工行業(yè)中材料和能源消耗最大的生產(chǎn)環(huán)節(jié),隨著我國對建筑用鋁型材的需求量的增加,全國鋁工業(yè)加工企業(yè)數(shù)量也隨之增加,熔鋁爐數(shù)量也增加。為了提高產(chǎn)量以適應要求,熔鋁爐正不斷的大型化,冶煉新工藝層出不窮,而耐火材料的質量直接影響熔體的性能和熔煉成本,這些變化對熔鋁爐用耐火材料提出了新的要求。
60年代以前,熔鋁爐主要用耐火磚和耐火泥漿作為爐襯材料,隨著鋁工業(yè)的迅速發(fā)展,原來的爐襯材料逐漸被粘土磚所取代,但是粘土磚主要是鋁硅酸鹽組成,容易與熔體鋁反應而遭到破壞而被后續(xù)出現(xiàn)了以磷酸鹽結合的高鋁磚,但是,磷酸鹽高鋁磚耐磨性差,氣孔尺寸約為22um,表面孔隙比較大,在1100℃左右磷酸鹽結合分解產(chǎn)生更大的氣孔,熔體鋁很容易滲透進去,尤其是在渣線方面侵蝕更為嚴重,又由于高鋁磚主要為剛玉相,抗熱震性能差,且組成成分中含有硅質成分容易被侵蝕,實踐上采用高鋁磚砌筑的爐村平均壽命只有3年左右,而有逐步被澆注料所取代趨勢。
為了加快熔煉速度和節(jié)約能源,目前普遍采用輕質磚、輕質耐火澆注料、耐火纖維制品作隔熱層。表1為國外鋁工業(yè)窯爐用內襯材料,可以看出,目前低水泥澆注料由于其抗剝落性好、抗熱震性好、表面孔徑小而成為鋁工業(yè)窯爐爐用耐火材料的主流產(chǎn)品。
表1 國外鋁工業(yè)窯爐用內襯材料