不沾鋁澆注料工藝與應(yīng)用

　
不沾鋁澆注料是以特級高鋁礬土骨料為主，添加α-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)。目前國內(nèi)熔鋁爐所用耐火材料均于鋁液反應(yīng)，在熔煉過程中生成大量的鋁灰，造成了鋁工業(yè)的浪費(fèi)，而且使用壽命短，鋁液還會和耐火材料發(fā)生反應(yīng)，生成雜質(zhì)而進(jìn)入鋁液中，污染鋁水的純度，直接影響了鋁合金的性能。而不粘鋁澆注料不僅有不產(chǎn)生鋁灰，能節(jié)省鋁錠，不向鋁水中掉落雜質(zhì)，清潔鋁液的功能，而且使用壽命極長。

　　由于SiO₂含量較高的材料容易與鋁及鋁合金發(fā)生反應(yīng)，對這類耐火才老侵蝕嚴(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)特級礬土、棕剛玉、α-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)

　　為了考證不同組分對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)行說明，每組配方中骨料基質(zhì)配比為70:3。

　　表2 耐火澆注料實(shí)驗(yàn)配比

　　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?，振動成型制?0mm×40mm×160mm條樣，自然養(yǎng)護(hù)24h后脫模，經(jīng)110℃×24h烘干后，分別在1000℃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)檢測如下：

　　表3 各配方性能指標(biāo)

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

　　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強(qiáng)度指標(biāo)的影響。通過大量實(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)度則開始下降。綜合考慮施工因素，水泥量加入太低會影響脫模時(shí)間、脫模強(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

　　鋁微粉、棕剛玉與材料強(qiáng)度變化關(guān)系

　　試樣中基質(zhì)料α-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，對強(qiáng)度指標(biāo)由較大幫助;另一方面，α-Al₂O₃微粉的活性會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α-Al2O3微粉和棕剛玉粉加入量相對較多的、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)行抗侵蝕試驗(yàn)，以確定最佳的實(shí)驗(yàn)方案。

　　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ΦΦ30mm×40mm的試塊，脫模后自然養(yǎng)護(hù)24h，再經(jīng)過10℃×2h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)良的抗鋁水潤濕性，抗侵蝕性最好。

　　外加劑加入量與抗侵蝕性關(guān)系圖
 

2、不粘鋁耐火澆注料的特點(diǎn)

不粘鋁耐火澆注料采用特級的高鋁礬土、棕剛玉、藍(lán)晶石、氧化鋁微粉、鋁酸鈣水泥、硅微粉以及特殊添加劑經(jīng)過嚴(yán)格的比例混合而成。是專門根據(jù)熔鋁爐的使用要求研制的低水泥耐火澆注料。其具有雜質(zhì)含量低、高密度、高強(qiáng)度、高抗侵蝕能力、高抗?jié)B透性、不被鋁熔液侵潤的性能特點(diǎn)。表1為不粘鋁耐火澆注料的性能指標(biāo)。

表1 不粘鋁耐火澆注料的性能

3、不粘鋁耐火澆注料的應(yīng)用

不粘鋁耐火澆注料以其優(yōu)越的抗鋁侵蝕能力，可以用于熔鋁爐爐底、下爐墻，扒渣斜坡、溜槽，鋁水包等受侵蝕嚴(yán)重的部位。使用后，鋁液侵蝕、結(jié)瘤現(xiàn)象得到很大程度上的控制、延緩。不粘鋁耐火澆注料作為熔鋁爐量身定制開發(fā)的爐襯材料，已經(jīng)應(yīng)用到國內(nèi)多家大型鋁廠、鋁合金加工企業(yè)的熔鋁爐施工中。目前，用戶反映一致良好，其優(yōu)越的性能，有效延長熔鋁爐使用周期在10個(gè)月以上。