CN1024358C - 精炼铝的熔池的保护衬层 - Google Patents

Abstract

在盛装和精炼铝的溶池的石墨侧板和端板的切口部分内设置有耐火板件而产生有效地阻挡液态铝通过当池被加热到工作温度时两板分离所形成的通道的流动。

Description

本装置涉及到一种精炼熔铝的熔池。尤其是涉及到该熔池的保护性衬层。

在铝的精炼池中，精炼室经常是一种外加热的铸铁槽。如果槽壁裸露着，那么在精炼期间因池中盛有湍动的熔铝而将以快速溶解铸铁。这样就会使得槽的寿命很短，例如，壁厚为1 1/2 英寸的铸铁槽的寿命不超过几天。铸铁的这种溶解还会导致对铝产生严重的铁污染。为了减慢这种严重的侵蚀过程，可在铸铁槽上复盖一层耐火衬层和型板。铸铁槽内受到外部加热的区域，所用的衬层是石墨。因为石墨的导热性能比任何其它抗铝冲击材料高得多，用于该目的唯有石墨是合适的。如果仅考虑导热性能的话，槽的衬层，如碳化硅，由于该材料选用次优的材料较低的导热性，通过衬层的额外的温度降，必然引起槽壁温度格外高，由于产生断裂，膨胀之类的损害，结果使得铸铁迅速损坏。

这种耐火衬层不是用作使熔融铝与槽壁脱离接触。制造一个完全不渗漏液体的衬层是非常困难而且当然是不现实的。再就热传导的道理来讲，这个要求不仅很难达到，而且是不可期望的。渗入衬层和槽壁间缝隙内的熔态铝，在这两部分间提供了一条极好的传热通道。若这个间隙内仅充有气体，为了要把所需的热量传递给精炼池的内部，槽壁需变得更热，这样而将导致铸铁槽更早地损坏。

如果渗入耐火衬层和槽壁间隙的液态铝是静止的，它将把铸铁槽中的铁溶解直到熔液成为饱和液，在一般运行温度下，饱和状态下的含铁量大约为2-3%。在环境最坏的情况下（从槽壁来看），液态铝会和足量的铁发生反应而形成一种含有42%铁的铁铝合金。这种程度的铁消耗对铸铁槽来讲是轻微的损失。另一方面，当液态铝可在间隙内流入流出时，就会造成铁的大量损失。假如衬层上有洞的话，因为热的密度梯度，成分密度梯度（溶有铁的铝比纯铝的密度高）就会形成这种流动循环，并且在精炼过程中，在因这种操作中所用的喷丝嘴的作用下所形成的这种流动力的影响下，这种循环会变得很严重。已知这种循环流，会在几周之内，将在有1英寸厚的灰口铸铁槽上溶穿一个孔。当池内的熔态铝从精炼室通过一个小孔或两部分耐火层之间的缝隙进入衬层和槽壁之间的间隙 时，一般都会产生这种类型的循环。

槽的侵蚀问题的部分原因是由氧化而使石墨损失所致。当精炼系统是空着而没有很好地将惰性气体充满池内时，液态铝上面的部分石墨衬层片因氧化而失去。仔细地将精炼室密封，可控制这种损失，但事实上，在许多精炼气的车间中，通常都不会这么做。一旦，石墨板的某一部分被氧化而掉进下面液态铝池内，铸铁槽的侧壁在那一点上就不再受到保护。虽然槽壁的那个特定部位会覆盖上一层足够的铝渣而防止了铸铁槽和熔铝的有效地接触，然而铝液毕竟还是有了一个大的进口点作为进入衬层后高间隙的入口。如果因衬层板和型板间的开口也有出口点的话，特别是一个靠近精炼池底的出口点，那么将会在衬层的后面促使熔化铝的快速循环，导致了不希望的铸铁槽壁快速的侵蚀。

若将不附着熔融铝的抗氧化材料覆盖到铝液面以上的未与铝液接触的这部分石墨板上将可有效地抑制这部分石墨衬层的氧化。氮化硅粘结的碳化硅是一种用于该目的的好材料。设置一个这种材料的衬套，以便能放在石墨板的上部，并固紧到铸铁槽上以使其保持在石墨板的上部位置上而不会滑入到池内。这种固紧同时也起到了保持石墨板下稳固的作用，并且当池内充满了熔融铝时，能防止上述板向上浮动。因而就要把石墨板上端固定或有效地固紧到铸铁槽壁上，设置在石墨板顶端的碳化硅套向下延伸过液态铝经过的上部吃线的石墨板内表面到低于略低处的无液态铝的高度，以便为石墨在熔池熔铝水平面以上的精炼空间抗氧化提供保护。

为了减少可浪液态铝流入流出的石墨层和槽壁间的大部分通道，熔池的底部，侧壁和至少一个端部可塑衬上一层无通孔的单块石墨。侧板和端板与底板相互连到一起，一般采用公众所周知的

和槽接的方式。当衬层以这种方式安装在铸铁槽里时，各片相互靠拢并贴着槽壁安装，且连接好的两板之间的一切缝隙都用水泥填满。

当精炼池被加热到工作温度时，由于槽的热膨胀系数大于衬层的热膨胀系数，槽膨胀而超过了衬层。在这种情况下，槽就不能使这些衬片彼此保持相互贴紧。由于石墨侧板和端板由上所述的耐火衬套固紧到槽壁上，此处的这些石墨板事实上将会在其上端裂开。然而，石墨板的下端部与底板通过其

和槽接仍保持相互接触，这样裂开在侧板和端板间的上端部位形成开孔，从而为熔态铝在池内的精炼室和石墨衬层与铸铁槽间的孔隙之间的流动提供了通道。后面的石墨板与侧面的石墨板之间不能采用 槽连接，因为这种连接将制约了要么侧板或要么端板在加热期间所必需的向外扩大。这种制约会导致或要么

槽连接的断裂或要么耐火衬套的位移要么石墨板的断裂。虽然如此还是完全能够找到一种提供连接而不会因把精炼池加热到工作温度所引起的石墨板必需膨胀而为熔态铝造成流动的通道的办法。

因此，本发明的目的是提供一种改进的石墨侧板和精炼池的端板间的连接方式。

本发明的另一个目的是提供一种在所述的石墨侧板和端板间的连接方式，这种连接允许加热期间所需要的相对运动，而仍然能保持有效地阻挡熔态铝流动通过连接处。

这些和考虑到的其它目的，将在下面作详细的描述，一些新颖性特征将在权利要求书中指出。

本发明涉及在侧石墨板和端部石墨板之间的连接处的切口内设置耐火板件，所述板件是适合于保持在切口内，当精炼池加热到操作温度时堵住融铝通过，所述板和板产生的向上运动后的上端处之间的开口通道。

下面将结合附图对本发明作详细描述：

图1是精炼池的石墨的侧面和后面板之间连接处的顶视图，本发明的耐火板件插入其中，在加热到工作温度之前，保持这种结构。

图2是将图1状态加热到工作温度后的连接处的顶视图。

如果将融池加热到所要求的操作温度，石墨侧板和端板保持象图1那样紧密地配合在一起，也无需在石墨侧板和石墨端板间的连接处的切口处设置耐火板件，用来容纳精炼或不精炼的熔铝。然而这些石墨板在它们上端确实会扯开，一旦精炼池被加热到工作温度，而板的下端由

和槽接仍联结在一起时。因此，本发明的耐火构件为防止熔铝通过在所述的侧和端板间形成的开口的通道，提供了一个方便又有效的措施。

现在参考图1，用标号1来代表端部石墨板，并有如上述背景说明所表示那样，不可氧化衬套置于其上的一切边部分2。图示的侧板3在组装熔池时与端板1紧紧地靠在一起。可是，如图2所示， 由于把精炼池加到了所要求的温度，端板1和侧板3分离了。图1表示了耐火板件4最初安装在板间连接处的情况，而图2表示了工作条件下的位置，其中，板件4仍处于能有效地防止液态铝通过扯开的板1和3而产生的开口的通道的位置上。

为了便于安装上述板件4，在板1和板3的相应位置设有相同的切口部分5和6，例如，在所述板间连接处的中间厚度处。一般来说，切口部分5和6的形状最好呈“Y”形结构，并有一内陷的窄口部分，即分别为部分5A和6A，扩展部分，即5B和6B部分，彼此面对。这种布置使耐火板件4能够被方便地安装和保持在切口内。

图示的实施例中，为了使板件4的相反两端，在图2那样端板1和侧板3扯开之后仍能保持安装在窄口部分5A和6A内，耐火板件4就必须有足够的宽度。从而，耐火板件4就能有效地防止液态铝在精炼温度下的工作期间通过板间的开口流动。为此目的，当端板1和侧板3是在紧靠接触时，耐火板件4应该是足够宽和足够厚并基本上保持密配合位置，安装在窄切口部5A和6A内，如图1所述维持有效地阻挡液态铝的流动，尽管由于板1和3如图2所示那样错位而使板件4成一角度状态。

可以理解切口部5A和6A相对于板件4的长度和宽度具有相类似的尺寸，使得切口部内的板件4的安装位置能有效地阻挡已熔化的且保持在工作温度下的液态铝的流动。因而，图1实施例所示的内陷的，窄口部5A和6A具有足够宽度，使得板件4的相对两端，在板件成图2那样的倾角时，则从切口部分5A和6A的相对的内端移开，然而尽管端板1和侧板3分开仍能保持在切口部5A和6A内，且还能有效地阻挡液态铝的流动。为了达到耐火板件4在其中的密配合，要求切口部5A和6A基本上与上述耐火板件的宽度相同，允许留有一定的间隙便于上述板件4安装在上述切口部分5A和6A内。切口部5和6的要求扩大的部分5B和6B，它们相互面对并相接，为便于把耐火板件4安装到切口部5和6内，特别是上述耐火板件4，当板1和板3拉开而处于带有角度的位置时需要的空间。5B和6B的宽度比5A和5B宽度更大。

切口部5和6及耐火板件4的尺寸很显然是可变化的，只要它们的相对尺寸能达到确保防止熔化中的液态铝通过侧板和端板间的孔进行流动的要求。在一个典型的实施例中，切口部5和6的总宽度为大约3/4″，而内部较窄部分5A和6A大约是3/8″，而敞开部分5B和6B也是大约3/8″，且其两侧边呈y形敞开部分，5B和6B的两个分面彼此成45°角。在这个实施例中，内部的窄口部分5A和6A的厚度大约为3/16″。为了要求达到密配合，耐火板件4的厚度也大约是3/16″，但略微有点间隙以便能把板件插入到所述内部的窄口部中，且板件的总宽度大约是1 1/2 ″，即，是每个切口部5和6的总长的两倍。这种特定的尺寸仅用作上述的这些目的，不应解释为确定或限制在下文权利要求书中表述的本发明的范围。该领域的技术人员能够理介的或者是最佳的y形结构，单槽结构还是任何其它形状的或其它只是切口部分的实际尺寸设计，耐火板件4依使用的不同的精炼池的尺寸和结构和需要用于不同应用的结构组件的预期移动来确定。

侧板和端板的切口部可方便地沿板的整个高度垂直地沿伸。耐火板件从盛在池中或池中正进行精炼的熔铝的预计达到的工作而以上垂直延伸到因加热板被拉开点处以下，通常宜于将上述耐火板件延伸到板的底部。

当然，耐火板件4必须能耐铝的冲击，并能完成本发明的保护性衬层的目的。因而如模铸的碳化硅或氧化铝之类的刚性和易碎的材料可用于本发明的实际应用中，耐火板件最好是弹性材料，以便于板件成图2所示的那样成角度，弯曲的状态，同时能保持有效阻挡。这样一种商业上可得到的板是ZIRCAR100型耐火板，耐火温度达2400°F，由ZIRCAR制品公司销售。这种板件，称作陶瓷纤维增强的结构性氧化铝制品含有大约75%铝（Al₂O₃），16%的二氧化硅和99%的其它金属氧化物，具有极高的在高温强化塑料范围内所需的柔软弹性和抗压强度，且能保持强度和效用到远远超过普通塑料的最高使用温度水平。在本发明的实际过程中，还可使用许多其它商业上可得到的材料，这些材料包括由ReX-Roto公司制造的真空成型耐火纤维板和由3M公司生产，销售的耐火纤维层板，商标为Nextel。

本发明在精炼铝的技术中提出一种有用的先进技术，因而本发明使石墨侧板和端板很方便的定 位，在一定程度上调节了当加热到操作温度时板上端出现的张开，同时有效地防止液态铝在那里流动，本发明还能使这种精炼铝池的槽的寿命，在铝的精炼技术中在某种意义上得到非常满意的延长。

Claims (6)

1、用于盛装精炼或不精炼熔融铝的熔池的保护衬层，包括宜于在其侧面紧密装配在一起的石墨板和端板；所述的板在其底端固定在一起，且其上端连接到由外部加热的铸铁槽的外壁上，当精炼池加热到工作温度时，因槽膨胀使其在上端彼此拉开，从而打开了池内精炼室与该板和所述铸铁槽间缝隙间的熔融铝的流动通道，其特征在于：

(a)当所述板件紧密配合在一起时，石黑侧板和端板在相应于沿着所述板件连接处高度方向的部位带有切口部分，所述的切口部分从板的顶部垂直地延伸到加热时所述的板不会分离的地方；

(b)一块不易受液态铝的冲击影响的耐火板件，所述板件插放在侧板和端板装配在一起时形成的对应切口内，该板件在长度方向上在切口中从高于预计的熔铝的工作高度延伸垂直到所述板因加热而分离的地方，所述板件的宽度和厚度，与所述切口部分的尺寸有关，当板因把池加热到工作温度而在其上端分离时，耐火板件作为有效的挡板阻住液态铝通过因侧板和端板的分离所造成的裂缝的流动，因此，允许侧板和端板间的联接在把池加热到工作温度时应有的相对运动，而仍保持有效地阻挡住液态铝在板间分离处的流动。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的侧板和端板在其底端由榫和槽联接在一起。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于当板紧紧地装配在一起时，所述的切口通常是带有相互面对的扩口部分的Y形结构，所述的扩口部分用作在操作温度下，有利于上述耐火板件的成角度的位移以适应上述板件的位移。

4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于所述耐火板件的宽度和厚度是这样的，与切口部分的内部的窄口部分有关，板件在加热到工作温度时仍能保持在内部的窄口部分内。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述的耐火件由柔性材料组成，使该板件能够弯曲而调节因板分离而造成的偏位。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述板件包括一种陶瓷纤维增强结构性氧化铝材。

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