不粘鋁澆注料的研制與應用

李 興

（重鋼集團礦業公司冶金材料廠，重慶 401220）

不粘鋁澆注料的研制與應用

李 興

（重鋼集團礦業公司冶金材料廠，重慶 401220）

以特級高鋁礬土骨料為主，添加a-Al2O3微粉、棕剛玉細粉以及一種添加劑，以純鋁酸鈣水泥為結合劑，制備的耐火澆注料，分別檢測其常溫及高溫燒后指標。結果表明，該澆注料具有強度高、抗鋁水滲透性好等優點。在重慶某大型鋁加工廠的多臺20t、30t、100t等熔鋁爐上大量應用，使用效果反映良好。

不沾鋁澆注料；外加劑；抗侵蝕性

1 前言

隨著我國經濟的飛速發展，鋁制品越來越多的應用到各行各業，從而推動了煉鋁行業的進步，各種各樣的熔鋁爐不斷地往大型化發展，也對耐火材料提出了更為苛刻的要求。熔鋁爐內溫度并不高，一般為800-950℃，但因為鋁及其鋁合金活性高，熔融后與20℃的水性質相當接近，具有極強滲透性，很容易潤濕耐火材料并與之發生化學反應，引起耐火材料體積變化，產生裂紋并逐步破壞耐火材料。熔鋁爐耐火材料損毀主要有以下三個原因。

1）由于鋁水極具滲透性，使用過程中會滲透進耐火材料中的氣孔或細小裂縫中，造成耐火材料結構逐漸疏松和剝落，最終損毀耐火材料；而且鋁及其合金極易與耐火材料中的雜質發生物理、化學反應，反應過程生成的物質會使鋁產品質量受到影響。

2）鋁液與耐火材料反應并粘附到耐火材料上面，形成表面結瘤、鼓包和沉淀物，不容易清理掉，一般通過機械方法清理，則會對耐火材料造成損壞。

3）熔鋁爐在生產過程中加料、拔渣等機械操作，對爐案、爐墻、爐底等進行撞擊，磨損非常嚴重，也是熔鋁爐耐火材料損毀的一個重要原因。

從上面可以看出，熔鋁爐用耐火澆注料的使用壽命提高方式主要應該針對以上三方面來進行解決：①提高耐火材料的致密度，降低耐火材料氣孔率。耐火材料自身致密度高，氣孔率低，可以有效防止鋁液及其合金的滲透；②耐火材料的抗鋁水侵蝕性。耐火材料優良的抗鋁水潤濕性，可以有效地防止鋁水滲透，阻止鋁水及鋁渣粘附。耐火材料中的SiO2及雜質極易與鋁液中的Al、Mg發生反應，同時引起耐火材料體積變化，使耐火材料形成裂紋，加速鋁水向耐火材料中侵蝕。因此，耐火材料的鋁含量越高，純凈度越高，就降低了與鋁水發生反應的幾率，抗侵蝕性就越好。同時，也可以加入外加劑，如鋇鹽、鉻鹽等與鋁水反應形成保護層，增加耐火材料的抗侵蝕性；③耐火材料的耐磨性。耐火材料的耐磨性主要是提高其強度，可以有效增加耐火材料的抗磨損、抗機械沖擊的性能。

本文是應用型研究，同時要兼顧生產成本控制和優良的性能指標兩個方面，主要闡述根據我廠2011年到2012年熔鋁爐耐火澆注料合同指標，通過在基質中添加不同組分，研制出的一種具有優良抗鋁水滲透性的高強澆注料的開發過程及其應用。

2 實驗過程

2.1原料選擇

由于SiO2含量較高的材料容易與鋁及鋁合金發生反應，對這類耐火材料侵蝕嚴重，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。實驗主要原料：優質特級礬土、棕剛玉、a-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

2.2試驗配方

為了考證不同組分對耐火澆注料理化指標的影響，進行了大量的實驗，這里只列舉了以下具有一定代表性的幾組配方進行說明，每組配方中骨料基質配比為70：30。

表2　耐火澆注料實驗配比

2.3試樣制備及理化指標

按照配方進行嚴格稱量，在攪拌機內干混均勻后，加入適量清潔水攪拌充分，振動成型制成40mm×40mm×160mm條樣，自然養護24h后脫膜，經110℃×24h烘干后，分別在1 000℃進行熱處理，觀察各個配方的性能指標情況。

實驗各配方性能指標檢測如下：

表3　各配方性能指標

2.4實驗結果分析

2.4.1水泥與強度變化關系

C、D兩組主要比較水泥量多少對強度指標的影響。通過大量實驗數據表明，常溫下試樣的強度主要由純鋁酸鈣水泥提供，水泥加入量越多則強度越高；但經過高溫處理后，鋁酸鈣水泥加入量多的，燒后強度下降厲害；而加入量較少的，燒后強度則明顯提升。一般水泥加入量在7%左右為臨界點，少于7%的燒后強度一般為增加，高于7%時燒后強度則開始下降。綜合考慮施工因素，水泥量加入太低會影響脫膜時間、脫膜強度、常溫強度等，純鋁酸鈣水泥最終加入量確定為6%。

水泥的加入量與強度關系基本上滿足圖1所示。

圖1　水泥加入量與強度關系圖

2.4.2鋁微粉、棕剛玉與材料強度變化關系

試樣中基質料a-Al2O3微粉、棕剛玉粉等一方面因為較細，一般為325目以上，加入后能起到很好的填充作用，對強度指標有較大幫助；另一方面，a-Al2O3微粉的活性會使其在較低的溫度下發生水化并與體系中的SiO2發生反應生成莫來石，與純鋁酸鈣水泥共同作用提高試樣的高溫處理后的強度，因此，我們選擇了a-Al2O3微粉和棕剛玉粉加入量相對較多的、強度和氣孔等指標均優于前面幾組配方的C配方，在此配方的基礎上進行抗侵蝕實驗，以確定最佳的實驗方案。

2.4.3材料的抗侵蝕研究

我們選擇的是一種復合外加劑，加入外加劑的目的是使其優先于其他成分與滲透入耐火材料氣孔中的鋁水發生化學反應，生成一種較穩定的物質，形成一層致密的阻隔層，從而有效地阻擋了鋁水的進一步侵蝕，起到抗滲透的作用，在C組配方的基礎上，分別加入復合外加劑，加入量分別為a、2a、3a。分別將幾組試樣充分攪拌后制作成70mm×70mm× 70mm，內空為Φ30mm×40mm的試塊，脫模后自然養護24h，再經過110℃×24h烘干，裝入渣樣進行1000℃×3h熱處理后，分別比較切面侵蝕情況。

從切面發現，A、B、C組切面侵蝕層呈發散狀，侵蝕相對較多，A組尤為嚴重；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生成的一層致密層所致；E組、G組的情況雖優于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，外加劑與鋁水反應充分，材料具有優良的抗鋁水潤濕性，抗侵蝕性最好。

圖2　外加劑加入量與抗侵蝕性關系圖

3 工業應用

2011年10月，重慶某大型鋁廠一期工程開始使用我廠開發的不粘鋁澆注料進行施工，共使用不粘鋁澆注料400余噸，2012年2月正式投產，用戶反應良好。2012年5月，其二期工程繼續使用我廠材料，目前正在施工。

4 結論

1）研制生產的不粘鋁澆注料具有良好的抗鋁水滲透性，強度高，耐磨性好。

2）研制生產的不粘鋁澆注料工業應用效果良好。

[1] 高飛，王秉軍，劉永峰，等.熔鋁爐用低水泥耐火澆注料[A].2009年全國不定型耐火材料學術會議論文集[C].2009.

[2] 周礦民，李紅偉，賀巧玲，等.高強抗鋁滲透澆注料的開發與應用[A].2003年全國不定型耐火材料學術會議論文集[C].2003.

[3] 張三華，王占民，胡書禾，等.不同Al2O3含量的鋁硅系澆注料抗鋁液侵蝕性的研究[A].2009年全國不定型耐火材料學術會議論文集[C].2009.

Development and Application of Non-Stick Aluminum Castable

Li Xing

A high grade bauxite aggregate based，add a-Al2O3powder，corundum powder and an additive to pure calcium aluminate cement as a binding agent，prepared refractory castable were detected at room temperature and high temperature burn after the index.The results show that the casting material has a high strength，resistance to aluminum water permeability and good.In Chongqing，a large aluminum plant of more than 20 tons，30 tons，100 tons，such as aluminum melting furnace large number of applications，using the results refl ect the good.

non-stick aluminum casting material；admixture；corrosion resistance

TQ175

A

1003-6490（2016）01-0050-02

2016-01-07

李興（1967—），男，重慶開縣人，工程師，主要從事管理工作。