不粘鋁澆注料的研制與應(yīng)用

李 興

（重鋼集團(tuán)礦業(yè)公司冶金材料廠，重慶 401220）

不粘鋁澆注料的研制與應(yīng)用

李 興

（重鋼集團(tuán)礦業(yè)公司冶金材料廠，重慶 401220）

以特級(jí)高鋁礬土骨料為主，添加a-Al2O3微粉、棕剛玉細(xì)粉以及一種添加劑，以純鋁酸鈣水泥為結(jié)合劑，制備的耐火澆注料，分別檢測(cè)其常溫及高溫?zé)笾笜?biāo)。結(jié)果表明，該澆注料具有強(qiáng)度高、抗鋁水滲透性好等優(yōu)點(diǎn)。在重慶某大型鋁加工廠的多臺(tái)20t、30t、100t等熔鋁爐上大量應(yīng)用，使用效果反映良好。

不沾鋁澆注料；外加劑；抗侵蝕性

1 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鋁制品越來(lái)越多的應(yīng)用到各行各業(yè)，從而推動(dòng)了煉鋁行業(yè)的進(jìn)步，各種各樣的熔鋁爐不斷地往大型化發(fā)展，也對(duì)耐火材料提出了更為苛刻的要求。熔鋁爐內(nèi)溫度并不高，一般為800-950℃，但因?yàn)殇X及其鋁合金活性高，熔融后與20℃的水性質(zhì)相當(dāng)接近，具有極強(qiáng)滲透性，很容易潤(rùn)濕耐火材料并與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起耐火材料體積變化，產(chǎn)生裂紋并逐步破壞耐火材料。熔鋁爐耐火材料損毀主要有以下三個(gè)原因。

1）由于鋁水極具滲透性，使用過(guò)程中會(huì)滲透進(jìn)耐火材料中的氣孔或細(xì)小裂縫中，造成耐火材料結(jié)構(gòu)逐漸疏松和剝落，最終損毀耐火材料；而且鋁及其合金極易與耐火材料中的雜質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程生成的物質(zhì)會(huì)使鋁產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。

2）鋁液與耐火材料反應(yīng)并粘附到耐火材料上面，形成表面結(jié)瘤、鼓包和沉淀物，不容易清理掉，一般通過(guò)機(jī)械方法清理，則會(huì)對(duì)耐火材料造成損壞。

3）熔鋁爐在生產(chǎn)過(guò)程中加料、拔渣等機(jī)械操作，對(duì)爐案、爐墻、爐底等進(jìn)行撞擊，磨損非常嚴(yán)重，也是熔鋁爐耐火材料損毀的一個(gè)重要原因。

從上面可以看出，熔鋁爐用耐火澆注料的使用壽命提高方式主要應(yīng)該針對(duì)以上三方面來(lái)進(jìn)行解決：①提高耐火材料的致密度，降低耐火材料氣孔率。耐火材料自身致密度高，氣孔率低，可以有效防止鋁液及其合金的滲透；②耐火材料的抗鋁水侵蝕性。耐火材料優(yōu)良的抗鋁水潤(rùn)濕性，可以有效地防止鋁水滲透，阻止鋁水及鋁渣粘附。耐火材料中的SiO2及雜質(zhì)極易與鋁液中的Al、Mg發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)引起耐火材料體積變化，使耐火材料形成裂紋，加速鋁水向耐火材料中侵蝕。因此，耐火材料的鋁含量越高，純凈度越高，就降低了與鋁水發(fā)生反應(yīng)的幾率，抗侵蝕性就越好。同時(shí)，也可以加入外加劑，如鋇鹽、鉻鹽等與鋁水反應(yīng)形成保護(hù)層，增加耐火材料的抗侵蝕性；③耐火材料的耐磨性。耐火材料的耐磨性主要是提高其強(qiáng)度，可以有效增加耐火材料的抗磨損、抗機(jī)械沖擊的性能。

本文是應(yīng)用型研究，同時(shí)要兼顧生產(chǎn)成本控制和優(yōu)良的性能指標(biāo)兩個(gè)方面，主要闡述根據(jù)我廠2011年到2012年熔鋁爐耐火澆注料合同指標(biāo)，通過(guò)在基質(zhì)中添加不同組分，研制出的一種具有優(yōu)良抗鋁水滲透性的高強(qiáng)澆注料的開(kāi)發(fā)過(guò)程及其應(yīng)用。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

2.1原料選擇

由于SiO2含量較高的材料容易與鋁及鋁合金發(fā)生反應(yīng)，對(duì)這類(lèi)耐火材料侵蝕嚴(yán)重，因此選用了Al2O3含量較高的一批材料，以提高澆注料的抗鋁水滲透能力。實(shí)驗(yàn)主要原料：優(yōu)質(zhì)特級(jí)礬土、棕剛玉、a-Al2O3微粉、硅微粉、鋁酸鈣水泥、外加劑等。

表1　主要原料理化指標(biāo)

2.2試驗(yàn)配方

為了考證不同組分對(duì)耐火澆注料理化指標(biāo)的影響，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，這里只列舉了以下具有一定代表性的幾組配方進(jìn)行說(shuō)明，每組配方中骨料基質(zhì)配比為70：30。

表2　耐火澆注料實(shí)驗(yàn)配比

2.3試樣制備及理化指標(biāo)

按照配方進(jìn)行嚴(yán)格稱量，在攪拌機(jī)內(nèi)干混均勻后，加入適量清潔水?dāng)嚢璩浞?，振?dòng)成型制成40mm×40mm×160mm條樣，自然養(yǎng)護(hù)24h后脫膜，經(jīng)110℃×24h烘干后，分別在1 000℃進(jìn)行熱處理，觀察各個(gè)配方的性能指標(biāo)情況。

實(shí)驗(yàn)各配方性能指標(biāo)檢測(cè)如下：

表3　各配方性能指標(biāo)

2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.4.1水泥與強(qiáng)度變化關(guān)系

C、D兩組主要比較水泥量多少對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)的影響。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，常溫下試樣的強(qiáng)度主要由純鋁酸鈣水泥提供，水泥加入量越多則強(qiáng)度越高；但經(jīng)過(guò)高溫處理后，鋁酸鈣水泥加入量多的，燒后強(qiáng)度下降厲害；而加入量較少的，燒后強(qiáng)度則明顯提升。一般水泥加入量在7%左右為臨界點(diǎn)，少于7%的燒后強(qiáng)度一般為增加，高于7%時(shí)燒后強(qiáng)度則開(kāi)始下降。綜合考慮施工因素，水泥量加入太低會(huì)影響脫膜時(shí)間、脫膜強(qiáng)度、常溫強(qiáng)度等，純鋁酸鈣水泥最終加入量確定為6%。

水泥的加入量與強(qiáng)度關(guān)系基本上滿足圖1所示。

圖1　水泥加入量與強(qiáng)度關(guān)系圖

2.4.2鋁微粉、棕剛玉與材料強(qiáng)度變化關(guān)系

試樣中基質(zhì)料a-Al2O3微粉、棕剛玉粉等一方面因?yàn)檩^細(xì)，一般為325目以上，加入后能起到很好的填充作用，對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)有較大幫助；另一方面，a-Al2O3微粉的活性會(huì)使其在較低的溫度下發(fā)生水化并與體系中的SiO2發(fā)生反應(yīng)生成莫來(lái)石，與純鋁酸鈣水泥共同作用提高試樣的高溫處理后的強(qiáng)度，因此，我們選擇了a-Al2O3微粉和棕剛玉粉加入量相對(duì)較多的、強(qiáng)度和氣孔等指標(biāo)均優(yōu)于前面幾組配方的C配方，在此配方的基礎(chǔ)上進(jìn)行抗侵蝕實(shí)驗(yàn)，以確定最佳的實(shí)驗(yàn)方案。

2.4.3材料的抗侵蝕研究

我們選擇的是一種復(fù)合外加劑，加入外加劑的目的是使其優(yōu)先于其他成分與滲透入耐火材料氣孔中的鋁水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種較穩(wěn)定的物質(zhì)，形成一層致密的阻隔層，從而有效地阻擋了鋁水的進(jìn)一步侵蝕，起到抗?jié)B透的作用，在C組配方的基礎(chǔ)上，分別加入復(fù)合外加劑，加入量分別為a、2a、3a。分別將幾組試樣充分?jǐn)嚢韬笾谱鞒?0mm×70mm× 70mm，內(nèi)空為Φ30mm×40mm的試塊，脫模后自然養(yǎng)護(hù)24h，再經(jīng)過(guò)110℃×24h烘干，裝入渣樣進(jìn)行1000℃×3h熱處理后，分別比較切面侵蝕情況。

從切面發(fā)現(xiàn)，A、B、C組切面侵蝕層呈發(fā)散狀，侵蝕相對(duì)較多，A組尤為嚴(yán)重；而F組顯得比較光潔，侵蝕層呈一條較明顯的線狀，是由于鋁水與外加劑反應(yīng)生成的一層致密層所致；E組、G組的情況雖優(yōu)于A、B、C組，但與F組比較均都相對(duì)要差，因此，這種外加劑的加入量并不是越多越好，在加入量2a時(shí)，外加劑與鋁水反應(yīng)充分，材料具有優(yōu)良的抗鋁水潤(rùn)濕性，抗侵蝕性最好。

圖2　外加劑加入量與抗侵蝕性關(guān)系圖

3 工業(yè)應(yīng)用

2011年10月，重慶某大型鋁廠一期工程開(kāi)始使用我廠開(kāi)發(fā)的不粘鋁澆注料進(jìn)行施工，共使用不粘鋁澆注料400余噸，2012年2月正式投產(chǎn)，用戶反應(yīng)良好。2012年5月，其二期工程繼續(xù)使用我廠材料，目前正在施工。

4 結(jié)論

1）研制生產(chǎn)的不粘鋁澆注料具有良好的抗鋁水滲透性，強(qiáng)度高，耐磨性好。

2）研制生產(chǎn)的不粘鋁澆注料工業(yè)應(yīng)用效果良好。

[1] 高飛，王秉軍，劉永峰，等.熔鋁爐用低水泥耐火澆注料[A].2009年全國(guó)不定型耐火材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].2009.

[2] 周礦民，李紅偉，賀巧玲，等.高強(qiáng)抗鋁滲透澆注料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[A].2003年全國(guó)不定型耐火材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].2003.

[3] 張三華，王占民，胡書(shū)禾，等.不同Al2O3含量的鋁硅系澆注料抗鋁液侵蝕性的研究[A].2009年全國(guó)不定型耐火材料學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C].2009.

Development and Application of Non-Stick Aluminum Castable

Li Xing

A high grade bauxite aggregate based，add a-Al2O3powder，corundum powder and an additive to pure calcium aluminate cement as a binding agent，prepared refractory castable were detected at room temperature and high temperature burn after the index.The results show that the casting material has a high strength，resistance to aluminum water permeability and good.In Chongqing，a large aluminum plant of more than 20 tons，30 tons，100 tons，such as aluminum melting furnace large number of applications，using the results refl ect the good.

non-stick aluminum casting material；admixture；corrosion resistance

TQ175

A

1003-6490（2016）01-0050-02

2016-01-07

李興（1967—），男，重慶開(kāi)縣人，工程師，主要從事管理工作。