Monolithische Ofenauskleidung für Aluminium

Feuerfeste Auskleidung für Aluminium

In der Aluminiumindustrie werden verschiedenste Öfen und Aggregate eingesetzt, die eine feuerfeste Auskleidung erfordern. Auf allen Stufen der Verarbeitung von Primär- und Sekundäraluminium, moderne, sogenannt, monolithisches Futter. Nur beim Schmelzen von Primäraluminium in einigen Öfen und Anlagen werden weiterhin feuerfeste Steine ​​verwendet, aber auch schon von besonderer Form und aus besonderen Materialien [1].

Im Folgenden werden die Merkmale der Verwendung von monolithischer Auskleidung in Schmelz- und Warmhalteöfen betrachtet., die bei der Herstellung von Produkten aus Primär- und Sekundäraluminium verwendet werden.

Auskleidung für flüssiges Aluminium

Schmelzen, sowie Handzettel, Öfen für Aluminium und Aluminiumlegierungen haben eine Betriebstemperatur von ca 750 ºC. Dies ist deutlich niedriger als die Betriebstemperatur von Öfen zur Herstellung von Eisen und Stahl - von 1200 zu 1500 ºC. Es könnte scheinen, dass die Arbeitsbedingungen und Anforderungen an die feuerfeste Auskleidung von Öfen zum Schmelzen von Aluminium viel einfacher sein sollten, als Öfen für Gusseisen und Stahl. Allerdings ist das Futter, die mit flüssigem Aluminium funktioniert, hat seine eigenen Schwierigkeiten und Besonderheiten.

In einem zunehmend wettbewerbsorientierten Umfeld ist die Auskleidung moderner Schmelzöfen für Aluminium immer raueren Betriebsbedingungen ausgesetzt, indem sie ihre Produktivität steigern und die Zeit für ihre Wartung verkürzen. Dies spiegelt sich in der Verwendung von aktiveren Flussmitteln und schnelleren Reinigungsmethoden für Öfen wider., Austausch der Brenner durch leistungsstärkere, sowie eine Erhöhung des Anteils von Aluminiumschrott in der Charge. Die Kombination all dieser Faktoren führt zu einer Erhöhung der Ofentemperatur und einer aggressiveren Atmosphäre im Ofen [2, 3].

Die weit verbreitete Verwendung der sogenannten monolithischen Auskleidung in Öfen für Aluminium und Aluminiumlegierungen ist eine Reaktion auf die verschärften Betriebsbedingungen für die Auskleidung von Öfen für Aluminium und Aluminiumlegierungen..

Futterzonen

Die feuerfeste Auskleidung typischer Schmelz-(Warm-)Öfen für Aluminium muss unterschiedlichsten physikalischen und chemischen Einflüssen standhalten [1-3]. Verschiedene Zonen des Ofens, die ihre eigenen Betriebseigenschaften haben, in der Abbildung gezeigt 1.


Bild 1 - Auskleidungszonen des Schmelz- und Warmhalteofens [4]

Im Allgemeinen Aluminiumschmelzofen haben drei unterschiedliche Zonen, die sich in ihrer Bedienung unterscheiden [1]:

  • obere Zone, in denen sich die Brenner befinden, und das eine heiße Ofenatmosphäre enthält.
  • untere Zone, die mit flüssigem Aluminium in Kontakt kommt.
  • "Schlackengürtel" (Bauchband – “Bauch”), die an die untere Zone angrenzt.

Auskleidung in Kontakt mit Metall, das heißt in der unteren Zone des Ofens, verschleißt dadurch:

  • chemische Reaktionen von Aluminium mit dem Auskleidungsmaterial,
  • mechanische Beschädigung beim Reinigen des Ofens zur Entfernung von Schlacke von den Wänden und dem Boden des Ofens und
  • Thermoschock, die beim Laden der Ladung entstehen.

Die Zustellung in der oberen Ofenzone ist

  • erhöhte Betriebstemperatur
  • Alkali Metalle
  • Thermoschock durch Öffnen des Ladefensters.

Die Zwischenzone des Ofens ("Schlackenband") muss standhalten:

  • alle oben genannten Einflüsse sind die gleichen wie für die unteren, und für die oberen Zonen des Ofens aufgrund einer Änderung des Niveaus des geschmolzenen Aluminiums
  • hohe lokale Temperaturen, die bei der Verwendung von Flussmitteln auftreten können (zum Beispiel, exotherme Flüsse – cm. Hier).

Korundbildung auf der Auskleidung

Reaktionen zwischen Alumosilikaten und geschmolzenem Aluminium führen zur Bildung von Korund. Korund ist zwar die "mineralische" Bezeichnung für Aluminiumoxid Al2Ö3, im Rahmen der Ofenauskleidung handelt es sich um eine Mischung aus Al2Ö3 mit Futterpartikeln, sowie Silizium und Aluminium [2]. Dieses Produkt mit variabler Zusammensetzung bildet sich oft unterhalb des Schmelzniveaus und wächst nach oben., die Unversehrtheit der Auskleidungselemente brechen. Es ist sehr schwierig, es zu entfernen., da es durch Diffusion in seine Poren fest mit der Auskleidung verbunden ist.

Auf dem Bild 2 zeigt ein Diagramm der Korundbildung an der Auskleidung des Ofens.

Bild 2 - Schema der Korundbildung an der Ofenauskleidung [2]

Korundbildungsreaktionen

Aluminium hat eine starke Affinität zu Sauerstoff, also, mit anderen Worten, hohe Fähigkeit zur aktiven Verbindung mit Sauerstoff. Dies führt zu verschiedenen Oxidationsmechanismen von flüssigem Aluminium (Abbildung 3) [1]:

  • An der Oberfläche des Bades aus flüssigem Aluminium findet seine direkte Oxidation statt: 4 Al + 3 Ö2 → 2 Al2Ö3
  • Auf dem Futter, ausgehend von der Flüssigkeitskontaktfläche (unterhalb des Schmelzespiegels). Aufgrund seiner hohen Affinität zu Sauerstoff diffundiert metallisches Aluminium aus der Schmelze in die Auskleidung und reagiert mit dieser nach der Reaktion: 4 Al + 3 SiO2 → 2 Al2Ö3 (FERNSEHER) + 3 Und

Diese beiden Mechanismen können miteinander interagieren und sich gegenseitig katalysieren [1].


Bild 3 - Reaktion von ausgekleidetem flüssigem Aluminium zu Korund [1]

Was ist ein gutes Futter

Futtereigenschaften, die die Korundbildung beeinflussen können:

  • Feuerfester Zuschlagstoff (Pulver) Typ
  • Futterinstallationsmethode
  • Feuerfeste Matrix (sehr wichtig)

Feuerfeste Matrix - kontinuierliche kristalline oder glasige Phase des Feuerfestmaterials, mit isolierten Einschlüssen anderer Phasen [5].

Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Auskleidung zu modifizieren, um ihre Beständigkeit gegen flüssiges Aluminium zu erhöhen:

  • Reduzierung des Gehalts an chemischen Bestandteilen der feuerfesten Auskleidung, die eine Affinität für Sauerstoff unterhalb haben, als Aluminium
  • Optimierung der Porosität der feuerfesten Auskleidung (Abbildung 4)
  • Verringerung der Benetzbarkeit der feuerfesten Auskleidungsoberfläche mit flüssigem Aluminium.


Bild 4 - Eindringen von Aluminium in die Auskleidung
abhängig vom Porendurchmesser [1]

Erhöhte Haltbarkeit des Futters

Um der Fähigkeit von Aluminium entgegenzuwirken, die Auskleidung zu benetzen, und dann in sie eindringen und mit ihr reagieren, nimm mehrere Ansätze. Ihr Zweck besteht darin, die Fähigkeit von Aluminium zur Rückgewinnung von Auskleidungskomponenten einzuschränken oder zu schwächen und, damit, verhindern die Bildung von Korund.

Einsatz von Additiven in feuerfesten Materialien, die ihre Nichtbenetzbarkeit mit geschmolzenem Aluminium erhöhen, ist ein gängiger Ansatz, speziell für Feuerbeton auf Basis von Calciumaluminat. Hierfür werden viele verschiedene Materialien verwendet., und der Mechanismus ihrer Wirkung ist oft bekannt. Diese Zusätze sind Bariumsulfat, verschiedene Arten von Fluoriden (AlF3, CaF2 und T. usw.) und andere. Ein anderer Ansatz ist die Zugabe von Phosphatpräparaten, die die Nichtbenetzbarkeit von Feuerfestmaterialien in Kontakt mit flüssigem Aluminium erhöhen und, Außerdem, nicht bei Temperatur zersetzen 1500 ºS. Phosphatzusätze fördern die Bindung zwischen neuen und alten Feuerfestmaterialien, das ist besonders wichtig bei der Reparatur der Auskleidung [2].

Quellen:

  1. Sieben Feuerfest – Aluminiumindustrie – 2019
  1. Überlegungen zu Feuerfeststoffen für Aluminiumschmelz- und Warmhalteöfen – Feuerfestingenieur, Januar 2015
  1. Verbesserte monolithische Materialien für die Auskleidung von Aluminiumhalterungen & Schmelzöfen // Leichtmetalle 2011 – ed. S.J. Lindsay – 2011
  1. Bewertung von monolithischen Feuerfeststoffen für den Einsatz in Aluminiumschmelzofen – Advanced Materials & Prozess – Juli 2011
  1. GOST P 52918-2008 Feuerfeststoffe. Begriffe und Definitionen