感应熔铝炉用耐火材料-耐火材料行业知识-耐火砖高铝砖刚玉砖浇注料河南耐火材料厂-宏泰耐材

　　随着社会发展和人们生活水平的提高,铝和铝合金的用量呈明显增加的趋势。感应炉作为铝和铝合金的主要熔炼设备,越来越受到人们的重视,所用耐火材料已成为铸造作业者非常关心的技术问题之一。

1 感应熔铝炉的工作特点

1.1 工频有芯感应炉

　　有芯感应炉的热源来自位于炉体下部的沟槽式感应器,铝液在熔沟内被感应加热,再通过循环或单向流动与炉膛内的铝液热交换。大吨位有芯感应熔铝炉采用了美国阿杰克斯(Ajax)公司研制的喷流型感应器。这种感应器不仅大大减小了熔沟内金属液与炉膛内金属液的温差,也可防止化学反应生成物在熔沟壁上的聚积,在一定程度上改变了熔沟堵塞情况,但是由于电动力加大,铝液流动速度提高,以及熔沟形状的复杂化,增加了内衬耐火材料的磨损和结构应力;熔沟壁的减薄和水冷套的设置也增加了耐火材料承受的热应力。

　　有芯感应炉的低能耗在于其连续性的作业方式,这无疑使熔沟耐火材料与熔液发生反应的时间和机会增加,同时堵沟的可能性始终存在。

1.2 无芯感应炉

常用的无芯感应炉分为工频和中频两种,从目前的发展趋势看,中频炉更有前景。两者的共同点在于可根据需要采用间断或连续运行方式炉子由于不断重复“加料-熔化-出炉”的作业过程,炉衬承受很大的热应力。工频炉炉内金属液比中频炉炉内的翻腾更厉害,即炉衬受到的冲刷较严重,而中频炉的比功率大(是工频炉的两倍)、功率密度高、熔化速度快,冷热交替更快。由于匝间电压高(约为工频炉的2～4倍),通过裂缝渗入炉衬的金属液过热,造成线圈损坏的可能性比较大。

2 熔铝炉耐火材料应满足的要求

　　炉衬耐火材料,不论是用于有芯感应炉,还是无芯感应炉,都应满足以下要求：

　　(1)有良好的化学稳定性

　　金属铝及铝合金不仅化学活性高,而且其熔液的流动性极好。铝熔液在750℃时的粘度仅为0.104Pa·s,与20℃时水的粘度(0.1Pa·s)相当接近,这就是其易向炉衬内部渗透和发生化学反应的主要原因。在铝液同耐火材料相接触的温度下,铝起强还原剂作用。耐火材料中的SiO2、TiO2、等氧化物要被铝还原。铝液同炉衬耐火材料之间的反应不仅使产品的质量受到影响,而且使炉衬表面结瘤、鼓包和沉淀杂物,受铝液浸渍部分和原砖的界面有出现裂纹的危险,停炉时还会引起剥落。所以,同铝液接触的炉衬材料,必须具有很高的化学稳定性。

　　(2)有良好的抗冲刷性

　　为了使炉子有较高的电效率,一般炉壁材料都设计得很薄,但炉子运行过程中,由于电磁力的作用,炉内金属液不停地翻腾和搅拌,对炉衬不断地冲刷和磨损。对有芯感应炉,由于采用了喷流型熔沟,熔沟耐火材料受到的冲刷和磨损更为严重。所以,要求所用耐火材料必须具有很高的机械强度和硬度。

　 (3)有较高的致密度和体积稳定性

　　作为熔炼炉用耐火材料,在材质一定的情况下,都希望获得较高的致密度和体积稳定性。体密的高低,反应了成型体内部气孔含量多少,特别是烧结程度的好坏。材料的体积稳定性愈高,烧结和使用过程产生裂纹的可能性愈小,所产生裂纹的宽度愈小,抗渗透能力愈强。

　　(4)不易产生炉瘤

　　炉瘤会使炉子容量显著降低,而且金属瘤本身致密、坚韧,不易清除,所以要尽量减少由于熔融物表面或内部存在的杂质(例如Al2O3)而形成炉瘤的可能性。

　　(5)不易被金属液润湿和渗透

　　耐火材料是脆性材料,在加热和冷却过程中不可避免地要产生裂纹。但决定其寿命的关键因素之一是裂纹的大小和裂纹扩展的速度。而裂纹扩展与金属液对所接触材料的润湿和渗透能力大小有关。润湿能力愈差愈有利。

　　(6)耐急冷急热性能好

　　这一点对无芯感应炉特别重要,因为无芯炉作业方式为“加料—熔化—出炉”过程的不断循环,炉衬材料反复受到热冲击。若耐火材料热震稳定性不佳,则极易产生裂纹和裂纹扩展,金属液会在短期内渗透到线圈处,导致整台炉衬报废。

3 感应熔铝炉用耐火材料的研制

3.1 有芯感应炉用高强耐火浇注料

　　有芯感应熔铝炉的炉衬材料分为炉盖、炉膛、喉部和感应器熔沟耐火材料四部分。喉部,特别是熔沟耐火材料是最关键的材料,直接影响炉子的寿命和运行成本。

　　(1)炉盖耐火材料

　　炉盖的主要作用是减少炉子的热损失,防止加料及熔化过程中金属液的飞溅。这就要求炉盖材料保温性能好,重量轻和抗侵蚀性强。基于此目前大都采用重量轻、导热系数小的硅酸铝耐火纤维作衬里,由于工作温度通常低于800℃,因而多采用耐热钢铆钉和耐热钢网将其固定在炉盖壳体上。这种炉盖不仅保温隔热而且轻巧,关闭和打开十分方便。

　　(2)炉膛耐火材料

　　炉膛耐火材料在使用过程中所受到的物理化学作用,虽不如熔沟耐火材料那样苛刻,但其化学特性也应对铝液呈惰性,有较高的强度和密度。

　　所以,应采用性能优良的低气孔、高密度高铝砖砌筑。砌砖过程应特别注意减小砖缝的宽度,并用泥浆打饱。

　　(3)喉部及熔沟耐火材料

　　喉部和熔沟结构复杂,不宜用砖砌筑,主要采用不定形耐火材料。

　　我们就颗粒级配、结合剂用量、水泥分散促进剂用量等,作了大量的试验室研究工作,研究出了一种特别适合有芯感应炉感应器使用的高性能浇注料。该浇注料采用高铝质耐火材料,以刚玉、莫来石为主晶相,其理化性能指标:主要化学成分为（%)Al2O3＞85，SiO2＜10，Fe2O3＜1.5;烧后耐压强度110℃,24h66.3MPa,850℃，5h 56.0MPa；烧后抗折强度850℃,5h 14.7MPa;高温抗折强度800℃,30min 13.2MPa;烧后线变化率-0.16%；体积密度≥2.6g/cm-3；侵蚀试验后无反应迹象。这种浇注料在使用过程中抗冲刷、耐磨损。

3.2 无芯感应熔铝炉用耐火材料

　　无芯感应炉由于其灵活的作业方式,特别是静态变频技术的发展和进步,发展极为迅速。然而,随着炉子功率和容量的增大,熔化铝质量的提高,对所用耐火材料的要求更加苛刻。作为无芯感应炉用耐火材料,应具有十分优良的热震稳定性和抵抗裂纹扩展的能力。显然,有芯感应炉使用的浇注料用作无芯炉炉衬是不适宜的。

　　干式成型耐火材料是一种几乎不含水分和任何液态加入物,经短时间振动或捣打成型即可快速升温、烘烤的新型不定形耐火材料。它是一种特殊的热凝结性耐火材料,加热时烧结剂产生作用使得工作层有极高的强度,而非工作层仍保持未烧结的散状结构。在使用过程中,当热面工作层开裂时,尚未烧结的衬垫层可吸收局部集中的热应力,防止裂纹的延伸,保证炉子安全使用。