详细分析了工频感应熔铝护对护衬材料的要求,从炉衬的化学稳定性和热膨胀性能角度分析选取护衬材料。叙述了炉衬的三种制作工艺,介绍了国外熔铝炉炉衬的较新技术,指出了国内外炉衬技术的差距。

　　在我国的铝铸造业中,大量地采用小型铁坩埚电阻炉熔化铝合金,这种炉子一次性投入资金较小,使用和维护方便,但存在着电效率低、生产率低、铁增竭寿命短、铝液增铁严重等一系列缺点,随着炉子容量的增加,这些缺点更加突出。工频无心感应炉具有容量大、熔化速度快、能耗小、冶炼成本低、铝液质量较好等优点,所以,近年来这种炉型受到铝铸造业的广泛重视。工频感应炉的炉衬是制约电炉生产率,控制能耗,影响熔化成本和铝液质量的关键因素。目前,由于在国内已经投入使用的It以上的无心感应熔铝炉数量很少,对熔铝炉炉衬缺乏系统性的研究,使炉衬材料的选择和炉衬制作工艺始终没有很好的解决,给无心感应熔铝炉的推广使用造成许多困难。

　　2无心感应熔铝炉炉衬材料选择

　　无心感应熔铝炉炉衬的厚度一般在50~80mm之间,它的外层与水冷铜质感应圈相接触,内层与750OC左右的铝液相接触,整个炉衬横截面上的温度梯度很大。在工作期间,由于温度频繁变化,使炉衬承受较高热应力,造成炉衬开裂。工频感应炉在大功率熔化期间,产生强大的电磁力,使铝液剧烈翻腾,对炉衬内层形成很强的冲刷作用,铝液中没有熔清的残存料头直接撞击炉衬,也具有很大的破坏性,更重要的是高温铝液有很高的化学活泼性,较易对炉衬材料造成化学侵蚀。所以,工频无心感应熔铝炉对炉衬材料的主要要求是:很高的化学稳定性,低的热膨胀性能和较高的烧结强度。可以制作炉衬的材料基本上是各类氧化物,通过比较各类氧化物在同一外界条件下的相对稳定性,从氧化物化学稳定性的角度,大致上可确定何种材料适用于熔铝炉炉衬。常用作钢铁冶炼炉衬的氧化硅是不适合于制作熔铝炉炉衬的。用氧化硅含量很高的材料制作熔铝炉炉衬,主要有如下缺点:

　　(1)化学稳定性差

　　炉衬在工作期间高温铝液和炉衬中氧化硅会发生如下置换反应:

　　4AI+3510:一ZA12O3十351造成炉衬侵蚀和铝液增硅。随着炉衬材料中氧化硅含量的增加和工频炉输入功率上升,电磁搅拌力的加大,这一反应速度将加快,炉衬损坏情况更加明显。另外,由于炉衬中氧化硅和铝液的反应,在炉衬表面留下反应产物氧化铝,铝水渗入松散的氧化铝层,继续与深层的氧化硅反应,从而造成炉衬表面结渣严重,影响炉子的电效率。

　　(2)氧化硅材料烧结温度过高

　　氧化硅材料的烧结温度达1550OC,而熔铝炉的正常工作温度小于800OC,故采用氧化硅作熔铝炉炉衬时就没有自烧结功能。在工作期间,炉衬表面烧结层损坏以后,露出比较松散的半烧结层,在加料或熔清前残存块料的冲击下,造成炉衬机械性损坏,严重降低炉衬寿命。

　　另外,氧化硅炉衬必须采用熔化钢铁材料的工艺才能很好地烧结,故在炉衬表面留下大量的氧化铁,在熔炼较初的几炉铝合金时,增铁严重,造成数吨铝水的报废。

　　选择氧化铝材料作为熔铝炉炉衬是比较适当的,这实际上是在国外得到广泛使用的熔铝炉炉衬材料。炉衬中氧化铝的含量与炉衬化学稳定性、热膨胀性能和烧结强度有密切的关系。

　　炉衬中氧化铝的含量与炉衬化学稳定性的关系可以通过“72h柑涡试验”来确定,即把某一化学成分的铝水注入用不同氧化铝含量的材料制成的小增涡中,在815OC温度下保温72h,然后浇成试样,分析试样中iS的增量.同时剖开坩埚,肉眼观察增祸的浸蚀情况。表1阁是美国北美耐火材料公司的一组实验数据。

　　由表1可见,随着A1203含量的增加,炉衬的化学稳定性不断上升,但在含量超过85%以后，化学稳定性上升的趋势不断减弱,而炉衬材料的成本急剧上升,烧结温度也愈来愈高。北美耐火材料公司的研究结果表明,对冶炼一般的铝硅铸造合金,A12O:含量达68%的护衬已经具有足够的化学稳定性,但在熔炼特别活泼的铝合金,如铝镁合金时,必须进一步提高炉衬中1A2O:的含量。由美国铸造学会无心感应炉分会推荐的炉衬化学成分如下:

　　A12O:89.0%

　　510:7.0%

　　TIO:2.0%

　　FeZO30.6%

　　NaZO0.3%

　　其它1.1%

　　选择炉衬材料的另一重要依据是材料的热膨胀性能。由于炉衬在工作期间,其外层与水冷铜质感应圈接触,内层与高温铝水接触,因而有很大的温度梯度,在开炉和停炉期间有很大的温差变化,所以炉衬很容易产生热裂纹,而一般用于铸造的铝液粘度很低,流动性很好,比较容易渗入炉衬的裂缝中,造成炉衬的剥落,甚至发生漏炉事故。所以,要求炉衬材料具有优良的热膨胀性能,同时通过先进的炉衬制作工艺,使热裂纹尽可能缩小。

　　在常用的A1203耐火材料中,往往会有一定数量的510:,随着510:含量的变化,其耐火材料的化学稳定性、矿相组成和热膨胀性能也随之变化,图l是A12O3一510:状态图,表2是矿相的性能参数。

　　的铸造铝合金,从化学稳定性和热膨胀性能考虑,选用A120,含量为68肠左右的莫来石作为熔铝炉炉衬材料是较适宜的。

　　3结语

　　感应炉的炉衬是感应炉技术领域里的一项关键性技术,国外有许多国家科一研机构、高等学院和大公司对此进行大量系统性、专题性的研究,所以无论是在炉衬材料的选择,粒度的配比等方面形成了标准化、规范化,而且在粘结剂、添加剂等方面掌握了许多技术秘密。相比之下,国内对这一技术领域的研究起步很晚,目前的现状是各大型无心感应熔铝炉的拥有厂家分别在进行低水平的重复性探索,由于缺乏更深层次的理论指导,也没有实验和检测手段,所以成效甚微。国内无心感应熔铝炉炉衬技术中的非常大缺点是炉衬制作过程中加入大量的水分,在烧结或工作期间脱水形成裂纹,严重影响炉衬寿命。另一缺点是缺乏各种改进炉衬性能的添加剂,如减少炉衬的铝液湿润性,防止挂渣的添加剂;在兼顾热膨胀性能的前提下,提高炉衬化学稳定性的添加剂,降低炉衬烧结温度,使工作温度在750OC以下时,炉衬仍有自烧结功能的添加剂等。所以在无心感应熔铝炉炉衬这一技术领域里,国内外的差距是很大的,尚有待于有经验技术工作者的努力。