高密度低二氧化硅铝冶炼炉浇注料

    
高密度低二氧化硅铝冶炼炉浇注料的分析及原理
　　
1： 损伤原因及机理分析
　　铝是一种相对活泼的金属。元素中的铝易与耐火浇注料中的二氧化硅反应，形成Si和Al2O3反应式(1)。随着体积收缩，耐火浇注料产生裂纹和损伤。其它一些合金元素，如Mg(沸点1107℃)在高温下会变成蒸汽，很容易渗透到材料的孔隙中，与耐火浇注料中的SiO2或Al2O3发生反应。MgO和Si反应式(2)的形成是一个体积变化的放热反应过程。单质硅会污染铝液，改变合金成分。液态铝中Si含量的增加会降低铝的熔点。铝的熔点将从660℃下降到557℃，从而加速了铝合金溶液对耐火浇注料的渗透。
2： 耐火浇注料的损伤点亟待解决　
    铝溶液与耐火浇注料发生化学反应的前提是润湿和渗透后形成的腐蚀。因此，铝冶炼炉用耐火浇注料的具体性能要求如下：
　　① 选择与铝溶液润湿性差或不润湿的相，加入一定量的抗铝润湿剂，降低铝溶液与耐火浇注料的润湿性，防止铝溶液与浇注料的反应。
　　② 降低了炉衬用耐火浇注料的孔径，减少了溶液的渗透通道，提高了溶液对耐火浇注料的渗透阻力。采用适当的粒度分布，引入微粉，采用有效的分散技术，可以降低材料的表观孔隙率。
　　③ 选用高密度、低孔隙率、低二氧化硅含量的耐火材料。如果铝合金熔炼炉的工作温度为700℃~1000℃。粘土、莫来石、高铝型或不规则耐火制品均可作为炉衬，但铝合金易与耐火材料中的二氧化硅发生反应，影响炉龄和铝合金成分。因此，为了获得低污染、高质量的铝合金，提高炉衬的使用寿命，有必要深入了解铝合金溶液与耐火材料之间可能产生的物理化学效应，并采取以下有针对性的措施。
　　
3： 铝冶炼炉用不定形耐火浇注料配方
　　产品配方的选材和配比应以高密度、低二氧化硅为基础，选用沉淀Si3N4作为抗湿剂。其特点是这种抗润湿剂在铝硅系浇注料中的性能变化主要是由于Si3N4与基体中的Al2O3和SiO2在900℃时反应生成氮化长石(si3n4al2si2o8)和富钡液。Si3N4能捕获浇注料中的游离SiO2，提高浇注料的耐蚀性。
　　集料和基质粉体的主要原料为铝土矿均化料，Al2O3含量大于88%，主要成分为高Al2O3和低SiO2含量。与现有的铝冶炼用刚玉耐火浇注料相比，成本较低，更容易被市场接受。
　　
4： 不定型浇注料配料后的技术参数
　　根据预选成品材料的组合，分别经过干拌和湿拌、振动成型、室温固化、110℃×24小时干燥。分别在900℃×3H和1200℃×3H处理后进行性能测试。铝冶炼炉经实际应用和调配后的不定形耐火材料技术参数见下表：
　　在相应的工艺参数下，产品的二氧化硅含量控制在8%以内。这是因为Si3N4在高温下与氧化铝和SiO2形成Si3N4钡长石后，产物中的SiO2大部分捕获了反应，从而降低了产物中的SiO2，减轻了化学反应的进一步渗透侵蚀。这样不仅保护了产品的基体，而且在产品渗透的浅部形成了坩埚。