PDF《根本解决熔铝炉熔池渗漏的预制熔池技术》

铝熔融炉浇注耐火内衬 时, 如果采用整体浇注的方式, 在烘烤过程中,由于材料的收 缩作用,炉底和炉壁会出现大 量细小裂纹.

如果裂纹尺寸太 大,则会导致炉底漏铝.本文 主要介绍了北京联合荣大工程 材料有限责任公司(以下简称 为荣大)发明的一种用耐火预 制块砌筑的熔铝炉熔池工作 层, 采用多个预制块整体安装, 然后浇注预留缝,简单烘烤后 即可投入使用.目前这种技术 在很多熔铝炉中使用,取得了 很好的效果.

1 技术背景 随着铝工业技术的发展, 铝熔融炉和保温炉工作层所用 耐火材料,已经由低水泥结合 的耐火浇注料全面取代了由磷 酸盐结合的高铝砖.为提高铝 炉使用寿命,要求耐材具有高 强度、 高耐磨、 不沾铝等特性, 而目前的耐火浇注料已经能很 好地满足使用要求. 传统的耐火砖砌筑熔池, 由于耐火砖尺寸较小,熔池的 砖缝太多,因此熔池的整体强 度不高,导致使用寿命较短. 目前 , 熔铝炉已普遍采用整体 浇注方法砌炉,即熔池工作层 采用耐火浇注料整体浇注.该 方法的优势是施工简便,施工 技术要求较低,施工效率较 高,而且浇注料熔池整体强度 高,使用寿命更长.但由于浇 注料在烘干过程中会发生干燥 收缩,容易在炉底形成干缩裂 缝. 铝熔炼过程另外一个难点 在于,铝液极易通过细缝渗漏 到炉底,其在高温下表面张力 极低,且导热性极高,即便很 小的渗漏,其前端也能保持融 化,进而逐渐渗漏到炉底.当 熔炉冷却后,由于收缩作用, 炉底的铝锭与炉底之间形成空 隙,开炉后,快速的铝渗漏填 充了空隙,久而久之,炉底铝 液逐渐增多,导致整个耐材炉 底在铝液中"漂浮起来" .

2 预制熔池工作层技术 针对铝炉耐材浇注时常出 现的裂纹问题,荣大发明一种 用耐火预制件和耐火浇注料后 浇带砌筑的熔铝炉熔池工作 层,如图

1 所示.预制件是荣 大比较成熟的技术,可为用户 提供铝加工工业炉及设备砌炉 所用各种耐火保温衬里材料, 包括各种轻质保温材料、抗渣 侵蚀、不沾铝、抗机械冲击材 料、 各种耐火砖、 砌筑泥浆等, 根据用户需要定做各种规格的 耐火制件.预制熔池技术是将 熔池工作层设计成由若干块经 过600℃以上温度烘烤的耐火 预制块砌筑,预制块之间留 有宽度不超过 100mm 宽的缝 隙.缝隙用耐火自流浇注料填 充形成后浇带,并且用耐材砖 或者小型预制块(比如长宽均 为100mm 高度与预制件等厚) 加在后浇带中,将后浇带分割 成长度不超过 1000mm 长的若 干浇注段.从而彻底解决整体 浇注熔铝炉熔池因浇注料干燥 收缩裂缝过大造成渗铝以及烘 烤过程中炉底爆裂问题. 预制熔池工作层技术兼备 传统耐火砖砌筑熔池与目前的 整体浇注技术的优点,既实现 熔池整体强度较高,又能保证 熔池无干燥收缩裂纹.其原理 为:将材料的收缩变形分散为 多个细缝,利用预制块的膨胀 作用,将细缝抵消,并形成应 力挤压.这样做的目的,在保 证炉底不渗漏的前提下,大大 提高了熔池工作寿命.

3 预制熔池工作层技术原 理 预制熔池技术的原理是利 用已经烘烤预收缩过的预制 块, 减少熔池的总体干燥收缩, 并通过在后浇带中夹入耐火砖 或小型预制块的方式,将不得 不形成的后浇带干燥收缩,分 散为若干条不会造成渗漏的细 窄缝隙. 而且后浇带尺寸较小, 水分扩散距离较短,烘烤过程 中不会发生爆裂问题.具体技 术原理如下 : 1)预制块由耐火浇注料 浇注制作,并经过 600℃以上 温度烘烤,预制块的干燥收缩 根本解决熔铝炉熔池渗漏的预制熔池技术 编辑 : 张蓓

2015 年12 月15 日 产业延伸 B15 已经完成. 预制块被砌筑以后, 烘烤过程中,预制块只会随着 温度上升发生热膨胀而不会发 生干燥收缩,只有浇注在预制 块之间的后浇带会发生干燥收 缩;

2)后浇带虽然发生干燥 收缩,但由于后浇带宽度只有 100mm,产生的干燥收缩总量 很小,预制块的热膨胀会弥合 这种细微的收缩量,且热膨胀 会形成压缩应力.另外,自流 浇注料会填充进预制空隙的每 一个角落,因此无需复杂的振 动操作 ;

3)后浇带长度方向的累 计干燥收缩较大,其量级应与 整体浇注熔池的耐火浇注料的 收缩等量.但当后浇带长度方 向被耐火砖或小型预制块截断 为若干段之后,后浇带的收缩 裂纹被分解为若干条细小缝 隙;

4)由于炉底绝大部分都 是已经烘烤过的耐火预制块, 后浇带的尺寸又比较小,因此 烘炉时无需长时间小心谨慎, 一般不会造成炉底爆裂问题 ;

5)根据炉型及尺寸,经 过理论计算,将熔铝炉工作的 等温曲线控制在工作层之内, 合理化布置炉膛内铝熔体的温 度分布. 以荣大铝业炉用料 RD- 80AC 为例, 在800 ℃ 烧制冷却后, 其总收缩线变化率是-0.2%, 对于直径为3000mm 的熔池来说, 材料理论总收缩长度为 6mm,也 就是说,如果采取整体浇注 的话,烘烤至 800℃后,如果 裂纹集中出现,则炉子烘烤 冷却后可能会出现 6mm 宽的 裂纹.即便采用底部分块浇 注,比如分成

3 块,即每块 长度 1000mm,先浇注两端, 后浇注中间,则可能将收缩 缝分散为

2 条宽度为 3mm 的 裂纹.考虑到浇注料的热膨 胀系数为 3*10-6 ,铝的熔点 为660 ℃, 则铝锭开始熔化时,浇注炉底的缝隙宽度可 能为(3000*3*10-6 *660- 3000*0.2%)/2= -0.03mm, 依然无法消除渗铝的风险. 如果采用预制熔池,则不 会出现此类问题. 首先,100mm 宽的预留后浇带空间, 浇注材料后, 宽度方向上的收缩为100* 0.2%=0.2mm,此收缩被分解 为后浇带两侧的两条缝隙, 每条缝隙的最大可能宽度为 0.1mm. 但预制块会受热膨胀, 宽度 800mm 的预制块 660℃ 热膨胀量大约为800*3* 10-6 *660=1.584mm(预制件 热膨胀系数大约为 3*10-6 ) , 从数据上看,预制件的热膨胀 不仅会抵消两侧后浇带收缩形 成的收缩缝,而且还会因为热 膨胀形成整体的压缩张力,确 保不会有缝隙渗漏风险 ;

在后 浇带长度方向上,使用多个小 预制块将 3000mm 长的预留空 间间隔为多个小空间(比如

6 个,此时长度为 500mm) ,那 么后浇带长度方向的收缩间 隙为500*0.2%=1mm, 而且被分段小预制块分解为

2 条 缝隙,即缝隙宽度为 0.5mm. 考虑到 500mm 长后浇带受热 后的热膨胀量为 500*3*10-6 *660=0.99mm,抵消两端的 收缩缝, 还有 0.01/2=0.005mm 缝隙.实际上,截断后浇带的 小预制件或耐火砖的自身热膨 胀完全抵消了这剩余的细微收 缩缝,从而根本消除渗铝的情 况. 预制熔池技术优点是 : 第一,由于采用预制块与浇注料 后浇带砌筑熔池,既发挥了浇 注料熔池长寿的优势,由彻底 解决了熔池铝水渗漏的隐患 ;

第二,由于预制件已经过烘烤 脱水,后浇带尺寸又不大,水 分扩散距离短, 因此烘炉简单, 不会出现整体浇注熔池烘炉爆 裂问题 ;

第三,避免了熔铝炉 由于整体浇注而需要长时间烘 烤,大大缩短了浇注周期.

4 工业应用 图2显示的是荣大为某厂 家生产的砌筑铝炉熔池预制 件,按照厂家炉型、炉况、使 用要求等, 设计预制块的形状、 大小、连接方式等.通过图纸 设计出预制块所需模具,选择 适合厂家的耐火浇注料,浇注 成型后,通过一定的温度升高 曲线烘烤预制块,并另作试块 检测不同温度材料线变化率、 耐压强度、耐磨强度等性能. 图3是荣大为某厂家生产的熔 铝炉拱顶预制件,拱顶总长 6.8m,总用料 120t,现已安装 使用,使用效果很好.

5 结语 铝工业炉预制熔池技术, 是荣大铝业耐材方向的一项发 明专利,旨在根本消除整体浇 注熔铝炉熔池开裂渗漏问题. 从设计、加工、浇注到烘烤, 全部由荣大承包服务.这项技 术结合了耐火砖砌筑与材料整 体浇注的优点,既缩短了厂家 浇注熔炉的周期,又大大提高 了耐火内衬的工作寿命. 另外, 荣大在铝行业方面,从九十年 代中期到现在, 从原料的烧结、 铝液浇注成锭到铝加工业,凡 是用到不定形耐火材料的容 器,荣大的技术都有涉及,而 且在某些领域处于领先水平. 荣大致力于高效率帮助客户解 决问题,不断研制出新产品、 提出新理念,也力争不断推动 我国有色产业的发展,做出积 极贡献. (章荣会 孙赛阳 王司言) 图2荣大生产的砌筑熔池预制块 图3荣大生产的熔铝炉拱顶预制件 图1熔池预制件示意图