不粘铝浇注料的研制与应用

李 兴

（重钢集团矿业公司冶金材料厂，重庆 401220）

不粘铝浇注料的研制与应用

李 兴

（重钢集团矿业公司冶金材料厂，重庆 401220）

以特级高铝矾土骨料为主，添加a-Al2O3微粉、棕刚玉细粉以及一种添加剂，以纯铝酸钙水泥为结合剂，制备的耐火浇注料，分别检测其常温及高温烧后指标。结果表明，该浇注料具有强度高、抗铝水渗透性好等优点。在重庆某大型铝加工厂的多台20t、30t、100t等熔铝炉上大量应用，使用效果反映良好。

不沾铝浇注料；外加剂；抗侵蚀性

1 前言

随着我国经济的飞速发展，铝制品越来越多的应用到各行各业，从而推动了炼铝行业的进步，各种各样的熔铝炉不断地往大型化发展，也对耐火材料提出了更为苛刻的要求。熔铝炉内温度并不高，一般为800-950℃，但因为铝及其铝合金活性高，熔融后与20℃的水性质相当接近，具有极强渗透性，很容易润湿耐火材料并与之发生化学反应，引起耐火材料体积变化，产生裂纹并逐步破坏耐火材料。熔铝炉耐火材料损毁主要有以下三个原因。

1）由于铝水极具渗透性，使用过程中会渗透进耐火材料中的气孔或细小裂缝中，造成耐火材料结构逐渐疏松和剥落，最终损毁耐火材料；而且铝及其合金极易与耐火材料中的杂质发生物理、化学反应，反应过程生成的物质会使铝产品质量受到影响。

2）铝液与耐火材料反应并粘附到耐火材料上面，形成表面结瘤、鼓包和沉淀物，不容易清理掉，一般通过机械方法清理，则会对耐火材料造成损坏。

3）熔铝炉在生产过程中加料、拔渣等机械操作，对炉案、炉墙、炉底等进行撞击，磨损非常严重，也是熔铝炉耐火材料损毁的一个重要原因。

从上面可以看出，熔铝炉用耐火浇注料的使用寿命提高方式主要应该针对以上三方面来进行解决：①提高耐火材料的致密度，降低耐火材料气孔率。耐火材料自身致密度高，气孔率低，可以有效防止铝液及其合金的渗透；②耐火材料的抗铝水侵蚀性。耐火材料优良的抗铝水润湿性，可以有效地防止铝水渗透，阻止铝水及铝渣粘附。耐火材料中的SiO2及杂质极易与铝液中的Al、Mg发生反应，同时引起耐火材料体积变化，使耐火材料形成裂纹，加速铝水向耐火材料中侵蚀。因此，耐火材料的铝含量越高，纯净度越高，就降低了与铝水发生反应的几率，抗侵蚀性就越好。同时，也可以加入外加剂，如钡盐、铬盐等与铝水反应形成保护层，增加耐火材料的抗侵蚀性；③耐火材料的耐磨性。耐火材料的耐磨性主要是提高其强度，可以有效增加耐火材料的抗磨损、抗机械冲击的性能。

本文是应用型研究，同时要兼顾生产成本控制和优良的性能指标两个方面，主要阐述根据我厂2011年到2012年熔铝炉耐火浇注料合同指标，通过在基质中添加不同组分，研制出的一种具有优良抗铝水渗透性的高强浇注料的开发过程及其应用。

2 实验过程

2.1原料选择

由于SiO2含量较高的材料容易与铝及铝合金发生反应，对这类耐火材料侵蚀严重，因此选用了Al2O3含量较高的一批材料，以提高浇注料的抗铝水渗透能力。实验主要原料：优质特级矾土、棕刚玉、a-Al2O3微粉、硅微粉、铝酸钙水泥、外加剂等。

表1　主要原料理化指标

2.2试验配方

为了考证不同组分对耐火浇注料理化指标的影响，进行了大量的实验，这里只列举了以下具有一定代表性的几组配方进行说明，每组配方中骨料基质配比为70：30。

表2　耐火浇注料实验配比

2.3试样制备及理化指标

按照配方进行严格称量，在搅拌机内干混均匀后，加入适量清洁水搅拌充分，振动成型制成40mm×40mm×160mm条样，自然养护24h后脱膜，经110℃×24h烘干后，分别在1 000℃进行热处理，观察各个配方的性能指标情况。

实验各配方性能指标检测如下：

表3　各配方性能指标

2.4实验结果分析

2.4.1水泥与强度变化关系

C、D两组主要比较水泥量多少对强度指标的影响。通过大量实验数据表明，常温下试样的强度主要由纯铝酸钙水泥提供，水泥加入量越多则强度越高；但经过高温处理后，铝酸钙水泥加入量多的，烧后强度下降厉害；而加入量较少的，烧后强度则明显提升。一般水泥加入量在7%左右为临界点，少于7%的烧后强度一般为增加，高于7%时烧后强度则开始下降。综合考虑施工因素，水泥量加入太低会影响脱膜时间、脱膜强度、常温强度等，纯铝酸钙水泥最终加入量确定为6%。

水泥的加入量与强度关系基本上满足图1所示。

图1　水泥加入量与强度关系图

2.4.2铝微粉、棕刚玉与材料强度变化关系

试样中基质料a-Al2O3微粉、棕刚玉粉等一方面因为较细，一般为325目以上，加入后能起到很好的填充作用，对强度指标有较大帮助；另一方面，a-Al2O3微粉的活性会使其在较低的温度下发生水化并与体系中的SiO2发生反应生成莫来石，与纯铝酸钙水泥共同作用提高试样的高温处理后的强度，因此，我们选择了a-Al2O3微粉和棕刚玉粉加入量相对较多的、强度和气孔等指标均优于前面几组配方的C配方，在此配方的基础上进行抗侵蚀实验，以确定最佳的实验方案。

2.4.3材料的抗侵蚀研究

我们选择的是一种复合外加剂，加入外加剂的目的是使其优先于其他成分与渗透入耐火材料气孔中的铝水发生化学反应，生成一种较稳定的物质，形成一层致密的阻隔层，从而有效地阻挡了铝水的进一步侵蚀，起到抗渗透的作用，在C组配方的基础上，分别加入复合外加剂，加入量分别为a、2a、3a。分别将几组试样充分搅拌后制作成70mm×70mm× 70mm，内空为Φ30mm×40mm的试块，脱模后自然养护24h，再经过110℃×24h烘干，装入渣样进行1000℃×3h热处理后，分别比较切面侵蚀情况。

从切面发现，A、B、C组切面侵蚀层呈发散状，侵蚀相对较多，A组尤为严重；而F组显得比较光洁，侵蚀层呈一条较明显的线状，是由于铝水与外加剂反应生成的一层致密层所致；E组、G组的情况虽优于A、B、C组，但与F组比较均都相对要差，因此，这种外加剂的加入量并不是越多越好，在加入量2a时，外加剂与铝水反应充分，材料具有优良的抗铝水润湿性，抗侵蚀性最好。

图2　外加剂加入量与抗侵蚀性关系图

3 工业应用

2011年10月，重庆某大型铝厂一期工程开始使用我厂开发的不粘铝浇注料进行施工，共使用不粘铝浇注料400余吨，2012年2月正式投产，用户反应良好。2012年5月，其二期工程继续使用我厂材料，目前正在施工。

4 结论

1）研制生产的不粘铝浇注料具有良好的抗铝水渗透性，强度高，耐磨性好。

2）研制生产的不粘铝浇注料工业应用效果良好。

[1] 高飞，王秉军，刘永峰，等.熔铝炉用低水泥耐火浇注料[A].2009年全国不定型耐火材料学术会议论文集[C].2009.

[2] 周矿民，李红伟，贺巧玲，等.高强抗铝渗透浇注料的开发与应用[A].2003年全国不定型耐火材料学术会议论文集[C].2003.

[3] 张三华，王占民，胡书禾，等.不同Al2O3含量的铝硅系浇注料抗铝液侵蚀性的研究[A].2009年全国不定型耐火材料学术会议论文集[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

李兴（1967—），男，重庆开县人，工程师，主要从事管理工作。