耐火材料原材料——電熔鎂砂的熔煉過程

      電熔鎂砂是堿性耐火材料應(yīng)用最為廣泛的耐火原材料之一，氧化鎂(MgO)從原料中熔析過程就是電熔鎂砂的熔煉過程。我國電熔鎂砂生產(chǎn)的原料主要是菱鎂礦石，這些原料中包含有許多雜質(zhì)，主要有SiO2、CaO、Al2O3和Fe2O3等，由于不同物質(zhì)的熔點是不同的，這就決定了熔煉電熔鎂砂的方法采用的是排析法。根據(jù)原料中各雜質(zhì)熔點的不同，通過電弧的熱量，不同成分的雜質(zhì)會依次在各自熔點的溫度熔化。隨著在熔融過程中溫度的提升，熔點低的雜質(zhì)就會首先熔化，向外遷移，溫度不斷的升高，雜質(zhì)陸續(xù)的析出，這樣就會使主體氧化鎂的純度越來越高。

　　在電熔鎂砂熔煉過程中，依次經(jīng)歷了熔融、排析、提純、結(jié)晶。如果原料中的含有較多的雜質(zhì)(尤其是SiO2)，會在鎂砂的提純過程中受到一定的限制，從而會使熔塊的理化性能受到一定程度的影響，因此我們要優(yōu)先考慮選用純度較高的菱鎂礦石作為熔煉的原料。熔化速度受到原料粒度的影響。在工業(yè)生產(chǎn)時一般在投料前，要先對礦石進行破碎處理，粒度過大會導(dǎo)致降低熔化速度的降低，電耗量也會相應(yīng)的增加，但是粒度過小，則雜質(zhì)往往會在料層中間熔化而結(jié)殼，這樣雜質(zhì)揮發(fā)逸出就會變得很難，熔塊的質(zhì)量和純度就會在很大程度上受到影響。因此在電熔鎂砂熔煉過程中保持合適的料層厚度是非常關(guān)鍵的。料層薄，就會使進加料間隔時間縮短，操作時供電制度容易波動，易冒火。料層過厚會導(dǎo)致料結(jié)殼，不利于雜質(zhì)的逸出，因此，選擇合理的原料、高水平的操作及合適的電熱制度，這些都是熔煉出合格的電熔鎂砂產(chǎn)品至關(guān)重要的步驟。

　　用電熔法生產(chǎn)電熔鎂晶體的過程可以分為下面三個階段：起爐、熔化和收尾。首先，起爐階段：把一層菱鎂礦在爐底放，然后插入三根電極。再在電極間放入碳塊，作為引弧材料，調(diào)整電極的位置起弧。起弧后等電流穩(wěn)定以后就可向電極附近加料，其中電弧會直接熔化一部分料，在電極下端形成熔池，另外一部分料落入熔池熔化，隨著原料的投入和熔化，熔池的高度會不斷上升。因此在熔融過程中，電極要隨熔池上漲而不斷地調(diào)整上升。先前熔化的熔體逐漸會因爐體的不斷散熱降溫而冷凝結(jié)晶，此時熔坨在熔池形成啦。爐體內(nèi)，靠近爐殼周邊的原料不能熔化，這樣起到保溫作用。隨著熔融時間的延長，熔池不斷上漲，等一直升到爐殼上口表面，此時熔融過程結(jié)束。停止供電。然后用小車將熔畢的晶坨連同爐體一起拉離開熔融工位，讓其自然冷卻，然后出爐，人工破碎、分級。整個電熔鎂砂熔煉過程如圖1所示。

　　電熔鎂砂的熔煉過程是一個非常復(fù)雜的過程，受到許多因素的影響，不同的電熱制度將生產(chǎn)出晶粒不同、純度不同的產(chǎn)品。在電熔鎂爐初始起爐階段，由于爐底有極少的導(dǎo)電性能好的液體爐料，這就導(dǎo)致電路的電阻比較大，進而熔煉電流比較小，所以如果此時操作人員不能夠謹慎細微的操作，一旦滅爐以后，再起爐就非常困難。

　　隨著爐底導(dǎo)電液體爐料的不斷增加，電路的電阻將逐漸變少，則熔煉電流將隨之逐漸增大，一般在起爐后大約30至40分鐘，電熔鎂爐就進入了正常的熔煉階段，處于此階段時，隨著加入固體爐料的不斷熔化，電熔鎂爐爐底將形成穩(wěn)定的熔池，其電流也將逐漸穩(wěn)定下來。在熔煉的過程中，需要操作人員不斷地向爐內(nèi)加入固體爐料，由于不斷的加入的冷爐料會使得爐內(nèi)的電路電阻和熱平衡發(fā)生變化，從而引起熔煉電流的急劇變化。

　　同時，在熔煉過程中，由于受到外界的干擾，在某一時刻電流值可能會變得異常的高，此時為防止變壓器跳閘，保證熔煉的連續(xù)性，應(yīng)采取緊急的保護措施。當電熔鎂爐處在降溫階段時，或者因為跳閘必須停止工作時，此時為保證熔煉的安全性，我們不要再觸碰電極，也就是說電極不能有任何動作。隨著熔煉過程的進行，會有越來越多的爐料在爐內(nèi)冷卻下來，當爐料表面和爐口的距離達到20cm左右時，操作人員一般會進行停止一切操作。此時，操作人員停電，并從爐內(nèi)將電極提出。

　　熔煉電熔鎂砂的過程是氧化鎂自身的致密化和純化過程，其工藝關(guān)鍵是多晶的生成和熔體的建立。在電熔鎂爐中，來自電弧產(chǎn)生的高溫使含鎂量很高的的原料在爐中發(fā)生脫水、脫碳等物理化學(xué)過程并熔融。完全熔化的原料在電熔鎂爐加熱停止后開始一系列多晶生長過程屬于保守過程。

　　根據(jù)stward提出的熟化效應(yīng)，其熟化效應(yīng)值得是大晶體逐漸成長并分析，這是通過消耗微晶或者從母液中吸附熱擴散原子來完成的。在這個過程開始的時候，結(jié)晶原料處于一種液體狀態(tài)，固體是通過在一個過冷熔體中的特定界面上凝固而開始生長的。當熔體中的某一部分的溫度下降到熔點左右時，該部位將會無規(guī)律的出現(xiàn)晶核，隨著熱量的散發(fā)過程的不斷進行，晶核周圍的固液界面不斷向熔體中擴展，在這個過程中晶體得以長大。

　　所以，要想提高多純度的晶體，就首先要提高熔體的純度。在熔化物料的過程中，首先熔化的是低熔點的雜質(zhì)，MgO晶體并未熔，此時MgO構(gòu)成多孔層，通過這些孔層低熔物有內(nèi)向外滲透。