高密度低二氧化硅鋁冶煉爐澆注料

    鋁加工產(chǎn)品是有色金屬材料中一種具有延展性的輕金屬。由于其密度低、強度高、塑性好等特點，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，可以加工成具有優(yōu)異導熱性和耐腐蝕性的各種型材。目前，國內(nèi)鋁合金冶煉所用的內(nèi)襯耐火材料大多是不透水、抗沖蝕的澆注料，但使用一段時間后仍會有沖蝕和滲透。也就是說，總結(jié)了侵蝕和滲透的原因，發(fā)明了以下高密度、低二氧化硅含量的不定形耐火澆注料。
　　
高密度低二氧化硅鋁冶煉爐澆注料的分析及原理
　　
1： 損傷原因及機理分析
　　鋁是一種相對活潑的金屬。元素中的鋁易與耐火澆注料中的二氧化硅反應(yīng)，形成Si和Al2O3反應(yīng)式(1)。隨著體積收縮，耐火澆注料產(chǎn)生裂紋和損傷。其它一些合金元素，如Mg(沸點1107℃)在高溫下會變成蒸汽，很容易滲透到材料的孔隙中，與耐火澆注料中的SiO2或Al2O3發(fā)生反應(yīng)。MgO和Si反應(yīng)式(2)的形成是一個體積變化的放熱反應(yīng)過程。單質(zhì)硅會污染鋁液，改變合金成分。液態(tài)鋁中Si含量的增加會降低鋁的熔點。鋁的熔點將從660℃下降到557℃，從而加速了鋁合金溶液對耐火澆注料的滲透

　　
2： 耐火澆注料的損傷點亟待解決　
    鋁溶液與耐火澆注料發(fā)生化學反應(yīng)的前提是潤濕和滲透后形成的腐蝕。因此，鋁冶煉爐用耐火澆注料的具體性能要求如下：
　　① 選擇與鋁溶液潤濕性差或不潤濕的相，加入一定量的抗鋁潤濕劑，降低鋁溶液與耐火澆注料的潤濕性，防止鋁溶液與澆注料的反應(yīng)。
　　② 降低了爐襯用耐火澆注料的孔徑，減少了溶液的滲透通道，提高了溶液對耐火澆注料的滲透阻力。采用適當?shù)牧６确植迹胛⒎郏捎糜行У姆稚⒓夹g(shù)，可以降低材料的表觀孔隙率。
　　③ 選用高密度、低孔隙率、低二氧化硅含量的耐火材料。如果鋁合金熔煉爐的工作溫度為700℃~1000℃。粘土、莫來石、高鋁型或不規(guī)則耐火制品均可作為爐襯，但鋁合金易與耐火材料中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)，影響爐齡和鋁合金成分。因此，為了獲得低污染、高質(zhì)量的鋁合金，提高爐襯的使用壽命，有必要深入了解鋁合金溶液與耐火材料之間可能產(chǎn)生的物理化學效應(yīng)，并采取以下有針對性的措施。
　　
3： 鋁冶煉爐用不定形耐火澆注料配方
　　產(chǎn)品配方的選材和配比應(yīng)以高密度、低二氧化硅為基礎(chǔ)，選用沉淀Si3N4作為抗?jié)駝Ｆ涮攸c是這種抗?jié)櫇駝┰阡X硅系澆注料中的性能變化主要是由于Si3N4與基體中的Al2O3和SiO2在900℃時反應(yīng)生成氮化長石(si3n4al2si2o8)和富鋇液。Si3N4能捕獲澆注料中的游離SiO2，提高澆注料的耐蝕性。
　　集料和基質(zhì)粉體的主要原料為鋁土礦均化料，Al2O3含量大于88%，主要成分為高Al2O3和低SiO2含量。與現(xiàn)有的鋁冶煉用剛玉耐火澆注料相比，成本較低，更容易被市場接受。
　　
4： 不定型澆注料配料后的技術(shù)參數(shù)
　　根據(jù)預選成品材料的組合，分別經(jīng)過干拌和濕拌、振動成型、室溫固化、110℃×24小時干燥。分別在900℃×3H和1200℃×3H處理后進行性能測試。鋁冶煉爐經(jīng)實際應(yīng)用和調(diào)配后的不定形耐火材料技術(shù)參數(shù)見下表：
　　在相應(yīng)的工藝參數(shù)下，產(chǎn)品的二氧化硅含量控制在8%以內(nèi)。這是因為Si3N4在高溫下與氧化鋁和SiO2形成Si3N4鋇長石后，產(chǎn)物中的SiO2大部分捕獲了反應(yīng)，從而降低了產(chǎn)物中的SiO2，減輕了化學反應(yīng)的進一步滲透侵蝕。這樣不僅保護了產(chǎn)品的基體，而且在產(chǎn)品滲透的淺部形成了坩堝。
　　新產(chǎn)品傾向于應(yīng)用于中高檔產(chǎn)品中的不定形耐火澆注料在當今的鋁冶煉爐中。與剛玉耐火澆注料相比，更容易被市場接受，解決了許多中小型鋁冶煉企業(yè)使用普通不定型耐火材料使用壽命短的缺陷，解決了中小型鋁合金加工企業(yè)在澆注料上不愿意使用昂貴剛玉耐火材料的問題。