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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(yīng)，形成Si和Al2O3反應(yīng)式(1)。隨著體積收縮，耐火澆注料產(chǎn)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(fā)生反應(yīng)。MgO和Si反應(yīng)式(2)的形成是一個體積變化的放熱反應(yīng)過程。單質(zhì)硅會污染鋁液，改變合金成分。液態(tài)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)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：
① 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(yīng)。
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(dāng)?shù)牧６确植迹胛⒎郏捎糜行У姆稚⒓夹g(shù)，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(guī)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(fā)生反應(yīng)，影響爐齡和鋁合金成分。因此，為了獲得低污染、高質(zhì)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(chǎn)生的物理化學(xué)效應(yīng)，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(chǎn)品配方的選材和配比應(yīng)以高密度、低二氧化硅為基礎(chǔ)，選用沉淀Si3N4作為抗?jié)駝Ｆ涮攸c是這種抗?jié)櫇駝┰阡X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(yīng)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(zhì)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(xiàn)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(shù)參數(shù)
根據(jù)預(yù)選成品材料的組合，分別經(jīng)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(jīng)實際應(yīng)用和調(diào)配后的不定形耐火材料技術(shù)參數(shù)見下表：
在相應(yīng)的工藝參數(shù)下，產(chǎn)品的二氧化硅含量控制在8%以內(nèi)。這是因為Si3N4在高溫下與氧化鋁和SiO2形成Si3N4鋇長石后，產(chǎn)物中的SiO2大部分捕獲了反應(yīng)，從而降低了產(chǎn)物中的SiO2，減輕了化學(xué)反應(yīng)的進一步滲透侵蝕。這樣不僅保護了產(chǎn)品的基體，而且在產(chǎn)品滲透的淺部形成了坩堝。
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