延长耐火炉衬使用寿命的关键
2021-06-15 16:40
平衡铝炉的耐火性能有助于显著延长使用寿命。
炉子的实际使用寿命是铝制品制造中的一个重点，这在很大程度上取决于耐火衬里承受炉内各种操作条件 (如高温、温度变化、化学腐蚀和机械磨损) 的能力。理想地，单个耐火结构可以承受所有这些条件，并且容易获得且便宜。不幸的是，这种情况很少发生。
合理选择耐火材料往往是在价格、性能、具体应用和操作条件之间找到最佳平衡点。具有高强度和良好耐磨性的耐火材料可能由于极端的温度变化 (通常称为热冲击) 而容易开裂，而能够抵抗热冲击而不会严重开裂的材料可能容易受到化学腐蚀。对于特定的炉子，为每个区域找到材料性能的最佳平衡是最大程度地延长炉子使用寿命的重要保证。
铝冶炼的耐腐蚀要求
铝炉的耐火衬里 (图1) 必须能够承受在炉操作期间发生的各种化学反应。应考虑三个不同的区域: 液位线以上的区域，液位线以下的区域和液位线以下的区域。在液面线以上的区域，耐火材料必须能抵抗不同碱蒸气的侵蚀。碱蒸气可以来自铝冶炼中使用的助熔剂和用于加热炉的燃烧产物。在液面线以下的区域，耐火材料必须抵抗熔融铝的腐蚀。在液位线 (通常称为波什区)，有一个三相点，耐火材料，大气和液态铝相互作用。
图1.铝压铸炉原理图:
在炉操作期间，液面线下方的耐火材料直接与铝液联系我们。该联系我们产生化学反应区，其中耐火材料表面上的氧化物被还原，例如二氧化硅 (SiO2) 还原为硅。铝将通过相同的氧化还原反应进入耐火材料衬里，或者在毛细管力的作用下渗透。
氧化铝导致刚玉瘤 (Al2O3)。这使得晶体结构从面中心立方体变为六边形结构，从而导致明显的体积膨胀。当耐火衬里内部形成刚玉瘤时，体积变化会导致开裂，导致更多的铝渗透，然后更多的裂缝，直到耐火衬里最终破裂。
耐湿性材料
减少反应区的一种方法是防止铝液 “润湿” 抗性材料 (图2)。液体 “润湿” 表面的能力由液体的联系我们角决定。如果液体与表面之间的联系我们角大于90度，则称为液体润湿表面; 当联系我们角小于90度时，液体不润湿表面。不润湿表面的液体类似于刚刚上蜡的身体上的水珠。如果铝溶液不润湿耐火材料，则它不会与耐火材料反应，并且它不会渗透耐火材料衬里。
图2。润湿与非润湿的比较
可以使用不同的添加剂来降低熔融铝的润湿倾向。一些最常用的添加剂包括钡，硼或氟化物，它们可以改变耐火材料的表面化学性质，从而降低液态铝与之反应并渗透的能力。使用这样的添加剂可以大大延长耐火衬里的有效使用寿命。
虽然非润湿添加剂有助于延长耐火材料在具有熔融铝的联系我们区域的使用寿命，但在具有不同熔融铝的联系我们区域则无济于事。它们不能保护液面线以上的区域免受碱蒸气的侵蚀，不能提高耐火材料的耐磨性，也不能提高耐火材料的抗热震性。此外，这些添加剂是挥发性的。当超过这些温度1700 °f (927 °c) 时，它们开始失去其有效性，因为它们与耐火材料中的其他组分发生反应并改变其性能。添加剂的成本也可能很高，使得耐火材料比具有相同成分但没有添加剂的材料更昂贵。
非润湿添加剂也可能对耐火材料有一些负面影响。结果表明，在传统浇注料中添加1% 氟化物添加剂会使浇注料更加稳定，2000年 °f (1,093 ℃)，复合材料的高温弯曲强度 (hMOR) 降低了30% %。如果是低水泥浇注料，影响会更大。高温强度的降低可能是由于添加剂引起的玻璃相的形成。氟化物和硼是众所周知的玻璃形成材料。在高温下，玻璃相将在晶界处形成，从而降低单个晶粒之间的结合强度和耐火材料的整体强度。
耐火材料性能的平衡
在为铝炉选择耐火材料时，应仔细考虑材料的优缺点。熔炉的所有侧壁与熔融铝直接联系我们。必须清洁侧壁的上部，以去除飞溅的铝，以防止形成刚玉凸起。所选的侧壁耐火材料应耐机械磨损，并且不应弄湿以避免刚玉凸起。炉子和装料井浸泡在液态铝中，但磨损程度不如侧壁严重。底部结构也可能会与一些熔融铝联系我们，但它也必须提供支撑，因此应使用高强度且不润湿的耐火材料。
炉门和门槛在每次打开炉门时都会受到温度波动的影响，并且在装料过程中也会受到磨损。选择耐火材料时应考虑抗热震性和耐磨性。炉顶和上部结构需要高强度和耐碱蒸气。背衬层的选择应以减少热损失为目的，但也应具有适当的耐熔融铝性能，以防止热表面耐火材料的损坏。
对于所有这些领域，必须充分考虑炉子的具体操作条件，并根据实际情况调整耐火性能的平衡。必须识别主要的损伤模式，并相应地调整材料选择。
耐火材料选择的关键
铝炉的运行条件要求不同区域的耐火炉衬具有不同的性能特征。炉门的耐火材料会因为剧烈的温度波动而开裂; 侧壁的上部形成刚玉凸起，必须去除，所以这里的耐火材料需要耐磨; 侧壁的下部与熔融的铝直接联系我们，这需要抵抗化学侵蚀并防止熔融铝的渗透，以避免刚玉瘤的形成。
找到一种能够以低成本满足所有这些要求的耐火材料是非常困难的，但是进行充分的研究是有帮助的。在选择耐火材料时，必须仔细考虑炉子的具体需求和操作条件，这对于延长耐火衬里的使用寿命非常重要。
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