- 企業(yè)
- 供應(yīng)
- 求購
- 資訊
- 熔鋁爐 -
鋁工業(yè)是耐火材料的主要消耗產(chǎn)業(yè)。在美國，它是繼鋼鐵之后第二大金屬生產(chǎn)業(yè)。由于鋁在相對較低的溫度下熔化，因此再生鋁熔煉爐中選用的耐火材料與其他工藝相比通常被認(rèn)為更容易，但在該領(lǐng)域工作的任何人都可以證實，這實際上并不容易。
更復(fù)雜的是，熔爐或保溫爐中的耐火材料將要承受越來越多更苛刻的環(huán)境，同時期望有更短的維護(hù)時間和更高的效率。生產(chǎn)能力預(yù)期變化可以根據(jù)使用的熔劑類型進(jìn)行觀察，在爐的清洗操作中更換氧燃料的氣體燃燒器并且越來越多使用再牛鋁。上述情況能使?fàn)t內(nèi)溫度升高，并且能使更多的含鎂合金熔化，還能使?fàn)t子的環(huán)境變得更加惡劣。同時，許多新的耐火材料進(jìn)入爐內(nèi)襯市場。本文旨在論述耐火材料的磨損原因，討論可供選擇的耐火材料。
01耐火材料磨損
鋁熔煉爐及保溫爐根據(jù)暴露環(huán)境可以分為若干個不同的區(qū)域:上部區(qū)域，包括燃燒器和熔爐環(huán)境;下部區(qū)域，包括與熔融鋁接觸的區(qū)域;下部的上邊界，即所謂的腹部帶，連接這兩個區(qū)域并且暴露于熔鋁渣或熔劑混合的最惡劣的環(huán)境中。
由于便捷性及成本優(yōu)勢，大多數(shù)爐子采用硅酸鋁基質(zhì)材料。一般情況下，爐子的上部、下部區(qū)域采用不同材質(zhì)以滿足其不同要求。大部分時間耐火材料與金屬接觸，其下部，鋁與內(nèi)襯成分會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，清理除去爐內(nèi)壁或底部的熔渣能造成機(jī)械損傷，裝料導(dǎo)致熱震機(jī)械損傷。由于金屬添加，腹部帶耐火材料必須承受上述問題，此外，由于鋁熱劑的存在還會出現(xiàn)間歇性和局部高溫。
02金屬接觸耐火材料的反應(yīng)
為了解耐火材料和熔融鋁之間的反應(yīng)以及磨損機(jī)理，已經(jīng)開展大量的研究工作。鋁硅酸鹽和金屬之間的反應(yīng)能形成剛玉。雖然剛玉是Al203的礦物名稱，但本文所指的是A1203和未反應(yīng)耐火材料片狀試樣及硅和鋁的混合物。這種蝕變通常在腹部帶下產(chǎn)生，并且向上生長破壞襯里的完整性，通過填充孔隙緊間地附著在耐火材料上很難去除。為保持其生產(chǎn)能力，爐壁的清洗是必要的，因為形成的剛玉會對耐火材料的熱性能產(chǎn)生不利影響。
可以利用熱力學(xué)確定金屬與各種礦物成分反應(yīng)形成耐火材料的可能性。不論是純硅還是礦物莫來石，都可以通過熔融鋁還原。剛玉是由二氧化硅還原而形成。更有甚者，如果該鋁是含鎂合金，那么鎂可以還原Si02形成氧化鎂?；蚺c氧化鋁反應(yīng)形成尖晶石。
(根據(jù)鋁合金中Mg含量，可形成MgO或MgAl204或同時形成兩者。
此外，氧氣存在時隨時會發(fā)生鋁的氧化反應(yīng)。
圖1顯示了鋁合金接觸耐火材料、氧化鋁、氧化鎂和尖晶石的形成及其生長的反應(yīng)機(jī)理示意圖。
盡管這些反應(yīng)獲得了更多的關(guān)注，但在耐火材料中也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)其他氧化物，如鐵的氧化物、二氧化鈦等，這些都是由熔融鋁還原的。
03滲鋁控制
幾種方法可以應(yīng)對鋁潤濕、滲透并與耐火材料的相互作用。其目的是延緩或抑制鋁還原耐火材料的能力?？捎萌缦录夹g(shù)解決。
在耐火材料中使用反潤濕劑與熔融鋁接觸是一個比較常見的方法，特別是含有鋁酸鈣的澆注料。常提到的添加劑是硫酸鋇，不同類型的氟化物(氟化鋁、氟化鈣等)及其他。研究表明，添加硫酸鋇對耐火材料的保護(hù)機(jī)理最有可能是在1000℃作為鋁腐蝕的一道屏障形成鋇長石，而氟化物則是通過反應(yīng)和填充氣孔。抗?jié)竦奶砑觿┰诓煌臏囟认路纸?，一旦超過該溫度耐火材料就失去了它們的保護(hù)。
另一種方法是添加磷酸鹽，它對耐火材料具有極高的不潤濕性，并在溫度高于1500℃時才分解。在燒成前將磷酸鹽加人混合物中，在澆注料及可塑料中可作為結(jié)合劑使用。當(dāng)其用于不定形耐火材料中時，有助于新的和使用過的耐火材料之間的粘結(jié)成型，這在進(jìn)行修補時是特別重要的。
所使用的溶膠-凝膠粘合劑，特別是二氧化硅膠體，形成的孔極小從而阻礙滲鋁，不需要或最大限度地減少了非潤濕成分的加入。
最新的研究是使用特殊的原料或?qū)︿X有低潤濕性的粘合劑，并且只含有氧化鈣和氧化鋁，像六鋁酸鈣或板狀剛玉。板狀剛玉基耐火試驗樣品在顯微鏡下顯水熔鋁暴露后無金屬滲透。一些澆注料由于骨料的自然屬性還具有內(nèi)部保溫性能。
04耐火材料試驗
用于評估耐火材料在使用中與鋁接觸的公認(rèn)方法是模擬實際使用條件并對其進(jìn)行測試。即在規(guī)定時間內(nèi)，在預(yù)先設(shè)定的溫度下把耐火材料暴露在熔融金屬上。由于填充金屬的腔內(nèi)形狀不同，測試稍有不同。就不定形耐火材料而言，預(yù)燒溫度以及溫度和燒成時間的關(guān)系，所有這些條件都可以有明顯變化，并且會影響測試結(jié)果。而耐火材料則根據(jù)預(yù)先確定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價，通常包括目前使用的耐火材料金屬滲透的視覺比較。
在腹部帶區(qū)域使用的耐火材料還會因暴露于熔劑中而額外受到應(yīng)力。這些材料是結(jié)合了兒種不同類型及數(shù)量的堿金屬鹽、氟化物和氣化物所制造的，具有較低的熔點，因此將會滲透到耐火材料中。為確定溶劑對耐火材料的完整性及其組成部分的其他影響，實驗室采用模擬腹部帶條件來進(jìn)行杯法試驗。在高溫下，使耐火材料暴露于由鹽、KCl、CaCl2、NaCl氟化鈣、氟化鈉、冰晶石(Na3AlF6)等的個體或組合所覆蓋的鋁合金下。
在堿存在的情況下，溶劑在高溫下分解成為氣體。一旦鹽分組成是環(huán)境的一部分，它們就可以滲透到耐火材料中并與之反應(yīng)。堿測試是用來確定新的耐火材料的配方能否在現(xiàn)場施工之前改善耐磨性。它可以通過在磚中形成一個空腔或在一個封閉的箱體中放置耐火材料樣品來進(jìn)行測試。該腔或箱體內(nèi)充滿了堿，蓋上蓋子來限制氣態(tài)物質(zhì)的運動，之后加熱并在預(yù)定的時間內(nèi)保溫。然后分析測試件的滲透和變化。
鋁熔煉或保溫爐中的堿與耐火材料中的硅酸鹽反應(yīng)形成玻璃相，能夠密封氣孔并防止耐火材料進(jìn)一步的損壞。
05耐火材料的選擇
鋁熔煉或保溫爐內(nèi)襯耐火材料可使用磚、澆注料、可塑料或任何上述組合。
最初的磷酸結(jié)合的燒成磚已普遍被低水泥和超低水泥澆注料所取代。磚在施工過程中需要一層一層的砌筑，施工時間比較長，磚與磚之間的泥漿縫隙也易損毀。澆注料施工時間比磚砌筑時間短，但需要一定時間的干燥和養(yǎng)護(hù)，灰縫的數(shù)量少并且性能相當(dāng)?？伤芰系氖褂貌幌駶沧⒘夏菢恿餍?。
雖然每種耐火材料有其自身特性，但是可以組合使用，而且從成本、可用性和壽命的角度獲得最佳的內(nèi)襯。
評論區(qū)
