高密度低二氧化硅鋁冶煉爐澆注料

    鋁加工產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，在工業上得到了廣泛的應用，可以加工成具有優異導熱性和耐腐蝕性的各種型材。目前，國內鋁合金冶煉所用的內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，總結了侵蝕和滲透的原因，發明了以下高密度、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，形成Si和Al2O3反應式(1)。隨著體積收縮，耐火澆注料產生裂紋和損傷。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發生反應。MgO和Si反應式(2)的形成是一個體積變化的放熱反應過程。單質硅會污染鋁液，改變合金成分。液態鋁中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生化學反應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：
　?、?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。
　　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。采用適當的粒度分布，引入微粉，采用有效的分散技術，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生反應，影響爐齡和鋁合金成分。因此，為了獲得低污染、高質量的鋁合金，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生的物理化學效應，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
　　產品配方的選材和配比應以高密度、低二氧化硅為基礎，選用沉淀Si3N4作為抗濕劑。其特點是這種抗潤濕劑在鋁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參數
　　根據預選成品材料的組合，分別經過干拌和濕拌、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。鋁冶煉爐經實際應用和調配后的不定形耐火材料技術參數見下表：
　　在相應的工藝參數下，產品的二氧化硅含量控制在8%以內。這是因為Si3N4在高溫下與氧化鋁和SiO2形成Si3N4鋇長石后，產物中的SiO2大部分捕獲了反應，從而降低了產物中的SiO2，減輕了化學反應的進一步滲透侵蝕。這樣不僅保護了產品的基體，而且在產品滲透的淺部形成了坩堝。
　　新產品傾向于應用于中高檔產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在澆注料上不愿意使用昂貴剛玉耐火材料的問題。