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改善耐火材料的抗铝液侵蚀性和润湿性的措施

编辑:保温砖 时间:2020-11-26 浏览:
   铝熔点(660℃)不高,铝的比热容为0.88×103J/(Kg·℃),铁的比热容为0.46×103J/(Kg·℃),前者约为后者的两倍,即铝熔化过程中需要吸收更多的热量,消耗更多的能量。铝熔炼炉工作时熔体的温度为700~800℃。750℃时纯 铝熔液的粘度为0.104Pa·s,与20℃时水的粘度0.1Pa·s很接近,具有极强的渗透性。


   铝的化学性质活泼,能与炉内气体中的CO2、H2O、O2等发生反应,造成铝的损失。铝合金在高温下容易与耐 火炉衬中成分反应,伴随体积变化,使耐火材料的结构发生变化,改变材料的化学和物理性能,造成耐火材料的损毁。

   铝熔液与耐火材料润湿是二者发生化学反应的前提条件。因此,轻质保温砖对铝熔炼炉用耐火材料特有的性能要求有:抗铝 液的侵蚀和渗透性、与铝液的不润湿性。通常通过以下措施来改善耐火材料的抗铝液侵蚀性和润湿性:

   (1)矿物组成的设计
 
   选择和铝熔液润湿性差或不发生化学反应的物相,如Al2O3、SiC、Al4C3等。减少基质中与铝熔液反应的的石 英和莫来石相。如果耐火材料和铝熔液的润湿角大于90°,两者就不润湿。大部分的氧化物很容易和铝熔液润湿,而 碳化物、硼化物以及氮化物不易与铝熔液润湿。而且,随着温度的升高或时间的延长,润湿角会减小。有研究计算出 700℃的纯铝与Al2O3的润湿角为97°,与玻璃态碳的润湿角为92°,与单晶和多晶石墨的润湿角为126°,与单晶SiC 的润湿角为79°。也就是说,在熔铝炉工作温度下,铝熔液与Al2O3和石墨不润湿,与SiC润湿。铝熔炼炉的冶炼气氛 为氧化性气氛,若采用石墨作为抗润湿剂,容易因氧化而失效。因此,提高耐火材料中的Al2O3含量最可行。

   铝合金熔液具有很强的渗透和侵蚀能力,仅仅依靠调整矿物组成,不能根本改善材料的抗铝熔液侵蚀性能。以SiC为主矿物相的浇注料也受到了铝合金熔液的渗透和侵蚀。

   (2)材料组织结构的优化

   降低材料的显气孔率,可以减少铝熔液的渗入通道,增大熔液向耐材中渗透的阻力。采用合适的颗粒级配,引入 微粉,以及采用高效的分散技术,都可以降低材料的显气孔率。

   一般采用Andreassen紧密堆积原理,作为浇注料最佳颗粒级配的理论指导。在浇注料中加入适量的α-Al2O3微 粉和SiO2微粉,填充基质中间的小空隙。但微粉容易团聚,因此通常需要加入高效分散剂,使微粉在材料中充分均匀 分散、高效填充,从而达到降低显气孔率的目的。

   (3)抗铝液润湿剂的选择

   添加抗铝液润湿剂可以降低铝熔液与耐材间的润湿性或减小材料的显气孔率,从而阻止铝熔液和耐材之间的反 应。在前人的研究中,所用到的抗铝液润湿剂主要有:BaSO4、Na3AlF6、CaSO4、CaF2、Cr2O3、Si3N4、AlF 3、P2O5、TiB2、SrTiO3等。

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