化鋁爐用耐火材料

　　隨著社會發展和人們生活水平的提高，鋁和鋁合金的用量呈明顯的增加趨勢。感應爐作為鋁和鋁合金的主要熔煉設備品種，越來越受到人們的重視，因而，感應熔鋁爐用耐火材料已成為鑄造作業者非常關心的技術問題之一。

　　在此，就本所多年來在這方面所作的研究工作作如下敘述：

　　2、感應熔鋁爐用耐火材料應具備的特點

　　2.1工頻有芯感應爐的工作特點

　　有心感應爐的熱源來自位于爐體下部的溝槽式感應器，鋁液在熔溝內被感應加熱，再通過循環或單向流動與爐膛內的鋁液熱交換。大噸位有心感應熔鋁爐采用了美國阿杰克斯(Ajax)公司研制的噴流型感應器。這種感應器不僅大大減小了熔溝內金屬液與爐膛內金屬液的溫差，也可防止化學反應生成物在熔溝壁上的聚積，在一定程度上改變了熔溝堵塞情況，但是由于電動力加大，鋁液流動速度提高，以及熔溝形狀的復雜化，增加了內襯耐火材料的磨損和結構應力;熔溝壁的減薄和水冷套的設置，增加了耐火材料承受的熱應力。

　　有心感應爐的低能耗在于其連續性的作業方式，這無疑使熔溝耐火材料與熔液發生反應的時間和機會增加，同時堵溝的可能性始終存在。

　　2.2無心感應爐的工作特點

　　常用的無心感應爐分為工頻和中頻兩種，從目前的發展趨勢看,中頻爐更有前景。兩者的共同點在于可根據需要采用間斷或連續運行方式,爐子由于不斷重復“加料-熔化-出爐”的作業過程，爐襯承受很大的熱應力。工頻爐爐內金屬液比中頻爐爐內的翻騰更厲害，即爐襯受到的沖刷較嚴重，而中頻爐的比功率大(是工頻爐的兩倍)、功率密度高、熔化速度快，冷熱交替更快。由于匝間電壓高(約為工頻爐的2～4倍)，通過裂縫滲入爐襯的金屬液過熱、并造成線圈損壞的可能性比較大。

　　2.3耐火材料應滿足的要求

　　爐襯耐火材料，不論是用于有心感應爐，還是無心感應爐，都應滿足以下要求。

　　(1)有良好的化學穩定性

　　金屬鋁及鋁合金不僅化學活性高，而且其熔液的流動性極好。鋁熔液在750℃時的粘度僅為1.04厘泊，與20℃時水的粘度(1.0厘泊)相當接近,這就是其易向爐襯內部滲透和發生化學反應的主要原因。在鋁液同耐火材料相接觸的溫度下，鋁起強還原劑作用。耐火材料中的SiO2、TiO2、FeO等氧化物要被鋁還原。鋁液同爐襯耐火材料之間的反應不僅使產品的質量受到影響，而且使爐襯表面結瘤、鼓包和沉淀雜物，受鋁液浸漬部分和原磚的界面有出現裂紋的危險，停爐時還會引起剝落。所以，同鋁液接觸的爐襯材料，必須具有很高的化學穩定性和盡可能少的浸漬量。

　　(2)有良好的抗沖刷性

　　一般為了使爐子有較高的電效率，爐壁材料都設計的很薄，但爐子運行過程中，由于電磁力的作用，爐內金屬液不停地翻騰和攪拌，對爐襯不斷地沖刷和磨損。對有心感應爐，由于采用了噴流型熔溝，熔溝耐火材料受到的沖刷和磨損更為嚴重。所以，要求所用耐火材料必須具有很高的機械強度和硬度。

　　(3)有較高的致密度和體積穩定性

　　作為熔煉爐用耐火材料，在材質一定的情況下，都希望獲得較高的致密度和體積穩定性。體密的高低，反應了成型體內部氣孔含量多少，特別是燒結程度的好壞。材料的體積穩定性愈高，燒結和使用過程產生裂紋的可能性愈小，所產生裂紋的寬度愈小，抗滲透能力愈強。

　　(4)不易產生爐瘤

　　極少可能由于熔融物表面或內部存在的雜質(例如Al2O3)而形成爐瘤。因為爐瘤會使爐子容量顯著降低，而且金屬瘤本身致密、堅韌，除掉是非常困難的。

　　(5)不易被金屬液潤濕和滲透

　　眾所周知，耐火材料是脆性材料，在加熱和冷卻過程中不可避免地要產生裂紋。但決定其壽命的關鍵因素之一是裂紋的大小和裂紋擴展的速度。而裂紋擴展與金屬液對所接觸材料的潤濕和滲透能力大小有關。潤濕能力愈差，愈有利。

　　(6)耐急冷急熱性能好

　　這一點對無心感應爐特別重要。因為無心爐作業方式為“加料—熔化—出爐”過程的不斷循環，爐襯材料反復受到熱沖擊。若耐火材料熱震穩定性不佳，則極易產生裂紋和裂紋擴展，金屬液會在短期內滲透到線圈處，導致整臺爐襯報廢。