隨著鋁合金被越來越廣泛地應用于各個領域,我國鋁合金冶煉工藝逐漸進步,鋁合金產品的質量也逐步提升,對鋁合金冶煉用耐火材料也提出了更高的要求。大型鋁合金熔煉爐由于其節能、高效,在鋁合金的鑄造生產中被普遍使用,爐襯大多使用 Al2O3-SiO2 質澆注料整體澆注。高溫下鋁合金特有的化學、物理性能以及對質量的高要求,并不能直接采用易污染鋁合金的普通耐火材料作爐襯。而目前國內對熔鋁爐用耐火材料的研究比較少。因此,研究鋁合金在冶煉過程中與爐襯之間的相互作用,尋找合適的熔鋁爐用耐火材料,對提高鋁合金的產量、質量和降低生產成本具有重要意義。
鋁合金熔煉爐工作時,(6063#)鑄造溫度為 720-740℃,燃燒室部位最高溫度約為 1200℃,在 750℃下金屬鋁熔液的粘度為 0.104Pa·s,與 20℃時水的粘度 0.1Pa·s 接近,因而對爐襯材料具有極強的潤濕性和滲透性。鋁是比較活潑的金屬,容易與耐火材料中的 SiO2 反應生成 Si 和 Al2O3,伴隨體積收縮,造成耐火材料開裂損毀。某些合金元素,如 Mg(沸點 1107℃)在高溫下變成蒸氣,容易滲入到材料氣孔內并與耐火材料中的 SiO2 或 Al2O3 反應,生成 MgO 和 Si或鎂鋁尖晶石和 Al,并伴隨體積變化分別為-57%、+17%。生成的單質 Si 會污染鋁液,導致合金成分改變,鋁液中 Si 的增加會造成鋁熔點降低,當金屬鋁中Si 含量為 11.7%時,鋁熔點由 660℃降到 557℃,從而加速鋁合金熔液向耐火材料的滲透。
鋁合金在熔煉過程中,爐襯材料尚未燒結,尚未達到最佳性能,欲延長其使用壽命,關鍵技術是:降低爐襯材料的孔徑,以減小熔液的滲入通道;選用適當的復合添加劑,促進燒結,降低熔液對耐火材料的潤濕性。因此,研究了不同 Al2O3 含量的原料對 Al2O3-SiO2 質澆注料性能的影響,在此基礎上,選用綜合性能優異的 M85 礬土熟料作為主原料,研究了 K2CO3、BaSO4、H3BO3等添加劑和鋁溶膠結合劑對熔鋁爐用澆注料性能(尤其是抗侵蝕性能)的影響。