Механизм повреждения тугоплавких материалов при обработке алюминиевых сплавов

13 мая Механизм повреждения тугоплавких материалов при обработке алюминиевых сплавов

Posted at 07:23h in Новости by AdTech 0 Comments

0 Likes

Температура плавления алюминия составляет 660 °C, а температура расплава алюминия — 700–800 °C. Вязкость расплава чистого алюминия при 750 °C составляет 0,104 Па·с, что очень близко к вязкости воды при 20 °C (0,1 Па·с), и он обладает чрезвычайно высокой проницаемостью. При высоких температурах он легко вступает в реакцию с огнеупорной футеровкой. Эта реакция сопровождается изменениями объема, что приводит к изменению структуры огнеупорного материала, изменению его химических и физических свойств и повреждению самого огнеупорного материала. Смачивание расплавленного алюминия огнеупорными материалами является необходимым условием для химической реакции. Поэтому к огнеупорным материалам для алюминиевых сплавов предъявляются особые эксплуатационные требования, включая устойчивость к эрозии и проницаемости жидкого алюминия, а также отсутствие смачивания жидким алюминием.

Периодический режим работы при плавке и очистке алюминиевых сплавов обусловливает следующие виды износа огнеупорных материалов:

1. Поверхностная химическая реакция: Поверхностная химическая реакция часто сопровождается изменениями объёма, что может приводить к структурным повреждениям, отслоению и эрозии огнеупорных материалов, в результате чего толщина футеровочного слоя постепенно уменьшается

4Al + 3SiO₂ = 2Al₂O₃ + 3Si; ΔV = -351 TP₃T (1.1)
2Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃ + 2Fe (1.2)
SiO₂ + 2Mg = 2MgO + Si; ΔV = -57% (1.3)
2SiO₂ + Mg + 2Al = MgAl₂O₄ + 2Si; ΔV = -251 TP₃T (1.4)
3(3Al₂O₃·2SiO₂) + 4Al = 12Al₂O₃ + 6Si; ΔV = -181 TP₃T (1.5)
3TiO₂ + 4Al = 2Al₂O₃ + 3Ti; ΔV = +111 TP₃T (1.6)
3Mg + 4Al₂O₃ = 3MgAl₂O₄ + 2Al; ΔV = +17% (1.7)
3Mg + Al₂O₃ = 3MgO + 2Al (1.8)

2. Глубокая химическая реакция

Легирующие элементы, такие как Mg (температура кипения 1107 °C) и другие элементы с высоким давлением паров легко проникают глубоко в материал по порам огнеупора и вступают в следующие реакции, вызывая расширение и разрыхление огнеупора, что приводит к образованию трещин и еще больше ускоряет разрушение огнеупора под действием расплава алюминиевого сплава. Проникновение и эрозия. 2Mg(g) + O₂ = 2MgO, 3Mg(g) + Al₂O₃ = 3MgO + 2Al

3. Физическое проникновение

Работа происходит преимущественно в прерывистом режиме. После того как расплав алюминиевого сплава с низкой вязкостью проникает в поры огнеупорного материала, последний продолжает расширяться и сжиматься в результате быстрого охлаждения и быстрого нагрева, которым подвергается облицовочный материал во время циклов нагрева, изоляции, охлаждения и т. д., что в конечном итоге приводит к отслоению огнеупорного материала.

4. Механические повреждения

Al₂O₃ легко образуется на трехфазной границе раздела «газ-жидкость-твердое тело», образованной воздухом, расплавом алюминиевого сплава и огнеупорными материалами, образуя корундные узелки. Корундный узелок прочно сцеплен с футеровкой печи. При удалении механическим, флюсовым или ручным способом она наносит определённый ущерб структуре футеровки печи.