熔铝炉用不粘铝浇注料的选择

李彩霞，李 超，金 权，薛鸿雁

（焦作市金鑫恒拓高温材料有限公司，河南 焦作454450）

熔铝炉的工作温度一般在700～900℃，铝液上部最高温度可达1 200℃。铝合金中的铝、镁等成分很容易和耐火衬里的一些组分反应形成反应层，铝合金中的铜、锰、锌等成分可通过气孔渗透到耐火衬里中，形成变质层。在熔铝炉的运行过程中，反应层和变质层的脱落，一方面污染铝合金，另一方面影响熔铝炉的使用寿命。

目前市场上多为2-7系铝合金，每个系的铝合金中各合金的种类及含量不同，因此铝合金中的合金成分对耐火浇注料损毁也不同。因此急需开发出适用不同系铝合金的不粘铝浇注料。

1 试验

1.1 原材料

熔铝炉不粘铝浇注料原材料的选择，首先需确定所试验的铝合金种类，以及对工作层浇注料的性能及使用要求，减少工作层浇注料对铝合金的污染，并提高工作层的使用寿命。对于2-7系铝合金，在浇注料原材料的选择上，应更多地考虑添加抗铝合金渗透的反润湿剂，减少铝合金的渗透，另外还需提高浇注料的强度、降低气孔率，以提高炉衬的使用寿命。

主要原材料的理化性能见表1。

表1 主要原材料的理化性能

1.2 工艺参数的设计

（1）不粘铝浇注料的粒度级配

本课题中浇注料的颗粒临界粒度为8 mm，粒度分布：8～5 mm，5～3 mm，3～1 mm，1～0 mm，＜0．088 mm，见表 2。

表2 不粘铝浇注料粒度级配 （w%）

（2）工艺参数的选择

工艺参数的选择见表3。

（3）制样参数的选择

各种所需物料放在搅拌机中搅拌2～3 min，然后加水搅拌2～4 min，将振动30 s振动流动值控制在220～230 mm。

2 试验过程及结果分析

2.1 所用铝合金的化学组成

2-7系铝合金的化学组分见表4。

表3 工艺参数

表4 2-7系铝合金的化学分析 （w%）

2.2 含防渗剂A的浇注料

2．2．1 试验配方

以特级高铝熟料及电熔棕刚玉为主要原料，以Secar71水泥为结合剂，并合理引入Al2O3微粉和SiO2微粉，添加防渗剂A，以三聚磷酸钠为分散剂，进行浇注料坩埚抗2-7系铝合金试验，配方见表5。

表5 试验配方 （w%）

2.2.2 试验结果

图1～图6为试样坩埚在不同温度点抗2-7系铝合金试验照片。其中，FJ75-2-7表示FJ75为试验配方，2为2系铝合金，7为试验温度700℃，以此类推（下文同）。

图1 试样坩埚经700℃×24 h的照片

图2 试样坩埚经800℃×24 h的照片

图3 试样坩埚经900℃×24 h的照片

图4 试样坩埚经1 000℃×24 h的照片

图5 试样坩埚经1 100℃×24 h的照片

图6 试样坩埚经1 200℃×24 h的照片

由图1可知，含防渗剂A的试验浇注料坩埚经700℃×24 h抗2-7系铝合金后，坩埚内表面和铝合金接触部位没有发现有反应；由图2～图4可知，经800℃×24 h、900℃×24 h和 1 000℃×24 h后，3系铝合金没有和浇注料反应；由图5、图6可知，经1 100℃×24 h、1 200℃×24 h后，3系铝合金和浇注料已有反应，但不明显；由图2可知，经800℃×24 h，2系、4-7系铝合金已和浇注料反应。

图7为FJ75-2-8试验坩埚800℃×24 h显微照片及微区1能谱分析，从放大30倍的显微照片可见，试验坩埚和铝合金的接触面上有反应层，能谱分析表面，该反应层为铝镁尖晶石。2系、4-7系铝合金均含有金属镁，由图2～图6可知，试验坩埚经800℃×24 h、900 ℃×24 h、1 000 ℃×24 h、1 100 ℃×24 h和1 200℃×24 h，试验坩埚表面均有反应层生成。因此，在800～1 200℃，加有防渗剂A的浇注料，2系、4-7系铝合金已和浇注料反应生成镁铝尖晶石反应层，该反应层可减缓反应的进行，但该反应层和浇注料结合疏松，随着反应时间的延长及反应层的脱落，会对铝液造成污染，并影响炉衬的使用寿命。

图7 FJ75-2-8实验坩埚800℃×24 h显微照片及能谱分析图

2.2.3 含抗渗剂A的试验浇注料抗2-7系铝合金试验小结

（1）在700℃，试验浇注料可有效防止和2-7系铝合金的反应。

（2）在 800～1 000℃，实验浇注料可有效防止和3系铝合金的反应。在1 100～1200℃，3系铝合金和试验浇注料反应，但反应不明显。

（3）在 800～1 200 ℃，2系、4-7系铝合金已和浇注料反应，且随着试验温度的提高，反应加剧。

（4）针对3系铝合金应选择添加防渗剂A的防渗浇注料，并且熔炼温度应不超过1 000℃。

2.2.4 所开发的防渗浇注料理化性能

所开发的不粘铝浇注料性能见表6。

表6 不粘铝浇注料主要理化指标

2.3 含防渗剂B的浇注料

2.3.1 试验配方

以特级高铝熟料及电熔棕刚玉为主要原料，以Secar71水泥为结合剂，并合理引入Al2O3微粉和SiO2微粉，添加防渗剂B，以三聚磷酸钠为分散剂，进行浇注料坩埚抗2-7系铝合金试验，配方见表7。

表7 试验配方 （w%）

2.3.2 试验结果

由图8、图9可知，在700℃、800℃含防渗剂B的试验浇注料坩埚抗2-7系铝合金后，坩埚内表面和铝合金接触部位没有反应。

由图10可知，在900℃，3系铝合金和浇注料有轻微反应，但2系、4-7系铝合金没有和浇注料反应。在该实验条件下，防渗剂B可有效防止2系、4-7系铝合金在浇注料中的渗透。

由图11可知，在1 000℃，2系、4系铝合金上表面已和浇注料有轻微反应，但铝合金内部没有和浇注料反应；5-7系铝合金没有和浇注料反应；3系铝合金已和浇注料反应加剧。

由图 12、图 13可知，在 1 100～1 200 ℃，2-7系铝合金和浇注料都有反应。从开始反应温度点开始，随着温度的升温，铝合金和浇注料反应加剧。

图8 试样坩埚经700℃×24 h的照片

图9 试样坩埚经800℃×24 h的照片

图10 试样坩埚经900℃×24 h的照片

图11 试样坩埚经1 000℃×72 h的照片

图12 试样坩埚经1 100℃×24 h的照片

图13 试样坩埚经1 200℃×24 h的照片

图14 为FJ75B-3-8试验坩埚在800℃×24 h显微照片，由显微照片可知防渗剂B可有效阻止2-7系铝合金在FJ75B浇注料的渗透。由图15、图16可知，含防渗剂B的FJ75B在该试验条件下已无法阻止3系铝合金的渗透，显微照片及能谱分析表明，3系铝合金中的金属Mn主要是通过浇注料的气孔进行渗透。图17为FJ75B-2-11试验坩埚1 100℃×24 h显微照片及能谱分析，能谱分析表明含有金属Mg的铝合金，金属Mg在浇注料的表面生成了镁铝尖晶石反应层，但该反应层可减缓铝合金和浇注料的反应，但无法阻止铝合金和浇注料的反应。

2.3.3 含抗渗剂B的试验浇注料抗2-7系铝合金试验小结

图14 FJ75B-3-8试验坩埚800℃×24 h显微照片

图15 FJ75B-3-10试验坩埚1 000℃×24 h显微照片

图16 FJ75B-3-10试验坩埚1 000℃×24 h显微照片及能谱分析图

图17 FJ75B-2-11试验坩埚1 100℃×24 h显微照片及能谱分析图

（1）在700～800℃，试验浇注料可有效防止和2-7系铝合金的反应。

（2）在900℃，3系铝合金和浇注料有轻微反应，但2系、4-7系铝合金没有和浇注料反应。

（3）在1 000℃，2系、4系铝合金上表面和浇注料有轻微反应，5-7系铝合金没有和浇注料反应，3系铝合金已和浇注料反应加剧。

（4）1 100～1 200 ℃，2-7系铝合金和浇注料都有反应，随着温度的升温，铝合金和浇注料反应加剧。

（5）针对2系、4-7系铝合金应选择添加防渗剂B的防渗浇注料。并且熔炼温度应不超过1 000℃。

2.3.4 所开发的防渗浇注料理化性能

所开发的不粘铝浇注料性能见表8。

3 结论

（1）熔炼3系铝合金的熔铝炉，应选择含抗渗剂A的JX-FJ75的不粘铝浇注料，工作温度最好不超过1 000℃。

表8 FJ75B不粘铝浇注料性能

（2）熔炼2系、4-7系铝合金的熔铝炉，应选择含抗渗剂B的JX-FJ75的不粘铝浇注料，工作温度最好不超过1 000℃。

（3）熔炼含有3系和其它系铝合金的熔铝炉，应选择含抗渗剂B的JX-FJ75的不粘铝浇注料，工作温度最好不超过900℃。