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提升材料抗铝液侵蚀性和润湿性的措施

编辑:耐火砖   浏览:   时间:2021-03-27

在高温状态下,耐火材料抵抗固体材料、气体、熔渣、熔液等各种侵蚀物质的化学作用…显气孔是使侵蚀物质渗入材料内部的捷径,能显著增加侵蚀物质与材料之间的接触面积。物料的显气孔率低,具有很好的防渗性能,可以有效地防止侵蚀。
 
 
在660℃,金属铝熔点相对不高,可熔化为铝液,但其热容为0.88×103J/(Kg·℃),大约是铁的2倍,因此在铝熔化过程中需要吸收更多的热量,消耗更多的能量,铝熔点工作时熔点温度为700~800℃,在750℃下,纯铝熔点粘度可达0.104Pa.s,在20℃下,粘度可达0.1Pa.s,因此高温铝液粘度较低,对耐火材料的渗透能力较强。
 
(1)铝液与耐火材料反应在耐火材料上,形成表面结瘤、鼓包和沉淀物,不易清除,一般采用机械方法方法清洗会损坏耐火材料。同时,铝及其合金容易与损坏的耐火材料中的杂质发生物理化学反应,反应过程中产生的物质会影响铝产品的质量。
(2)熔铝炉在生产过程中进料、扒渣等机械操作,撞击炉案、炉墙、炉底等,磨损十分严重,也是熔铝炉耐火材料损坏的重要原因。
(3)由于铝水的活性急需渗透,在使用过程中会渗透到耐火材料的气孔或细小裂缝中,导致耐火材料结构逐渐疏松剥落,终损坏耐火材料。
(4)熔铝炉内温度不高,一般为800~950℃,但由于铝及其铝合金活性高,熔化后接近40℃水的活性,渗透性强,易润湿耐火材料,易发生化学反应,引起耐火材料体积变化,产生裂纹,逐渐破坏耐火材料。
 
铝粉化学性质比较活性剂与炉气中的CO2、H2O、O2等反应,造成铝粉损失。铝材与炉衬成分在高温下易发生化学反应,产生新的产物,产生一定的体积变化,改变耐火材料结构,改变其物理化学性质,破坏耐火材料。
铝溶液与耐火材料接触浸润是发生化学反应的先决条件。提高耐火材料抗铝液蚀性有两种途径,一是在其表面涂覆,二是减小孔洞,减小孔径,增加熔体和材料的润湿角,防止渗漏。
一般采用下列方法来改善耐火材料的铝液腐蚀和润湿性能。
 
矿物组成设计
选材方面,以Al2O3,SiC,Al4C3等为主原料,同时减少了基质中与铝熔液反应的矿物成分。一般而言,当耐火材料和铝熔液的润湿角大于90度时,两者都不会润湿。大部分氧化物和铝熔液的润湿角小,随着温度的升高和时间的延长润湿角进一步减小,碳化物、硼化物和氮化物在铝熔液中不易润湿。
结果表明,纯铝和Al2O3材料在700℃下的润湿角为97°,玻璃碳的润湿角为92°,单晶和多晶石墨的润湿角为126°,单晶SiC的润湿角为79°。这就是说,铝液和Al2O3材料以及石墨材料在熔铝炉工作温度下不会湿,而会湿润SiC材料。铝炉的熔炼气氛为氧化性气氛,石墨作为防湿剂,在氧化过程中容易发生故障。所以提高Al2O3含量是可行的方法。
铝熔液具有很强的渗透和侵蚀能力,仅靠调整矿物成分是无法从根本上提高材料抗铝熔液侵蚀性能的。
 
优化物料组织结构
减小材料的显气孔率和孔径可以减小铝液的渗透性,增加铝液对材料的渗透性,提高耐性。颗粒级配合、粉体引入、高效分散可有效降低材料的气孔率。实践中,一般采用Andreassen紧密堆积原理作为耐火浇注料理论指导,在尽可能接近优粒子级配合的浇注料中,加入适量的αAl2O3微粉和SiO2微粉等,烧结后填充于基质中间,可降低材料的显孔率,但超微粉容易团聚,故常加入高效分散剂,使微粉在材料中完全均匀。
 
抗铝液侵蚀的选用
抗铝液湿润剂的加入,可降低铝熔液与耐火材料之间的湿润性,降低材料的显气孔率,并可防止铝熔液与材料之间的反应,其主要作用机制是与材料组件反应,或被填充到空隙中,或与铝液有较大的湿润角,这一部分的研究人员已取得了很大进展,效果比较好的抗铝液湿润剂主要有BaSO4,Na3AlF6,CaSO4,CaF2,CaF4,Cr2O3,P2O5,TiB2,SrTiO3等。
 
在材料表面涂覆。
涂料的存在可以使材料与熔体的接触大大减少或隔绝,但涂料却具有耐高温、不浸润熔体的特点,用氮化物、硼化物等成分制备涂料,可使涂料与材料更牢固地结合,但这部分研究需要使用特殊材料和改进工艺。
 
如何解决提高熔铝炉耐火材料寿命的问题?
(1)提高耐火材料的耐铝腐蚀性。耐火材料优异的耐铝水润湿性能可以有效防止铝水渗透,防止铝水和铝渣粘附。耐火材料中的SiO2和杂质容易与铝液中的AL和Mg发生反应,导致耐火材料体积变化,使耐火材料产生裂纹,加速铝水对耐火材料的腐蚀。因此,耐火材料的铝含量越高,纯度越高,与铝水反应的概率越低,耐腐蚀性越好。同时,还可以添加添加剂,如钡盐、铬盐等。,与铝水反应形成保护层,增加耐火材料的耐腐蚀性。
(2)提高耐火材料的耐磨性。耐火材料的耐磨性主要是提高强度,可以有效提高耐火材料的耐磨性和机械冲击性。
(3)提高耐火材料的密度,降低耐火材料的孔隙率。耐火材料密度高,孔隙率低,能有效防止铝及其合金渗透。
(4)提高耐火材料的耐热性和冲击性。尽量防止铝液渗其次是渗透后使耐火材料形成致密层和高粘度玻璃化层。

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