探討金屬熔煉轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程的耐火方法

衛(wèi)飛龍，常 濤

（共享智能鑄造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心有限公司，寧夏 銀川 750021）

鑄造行業(yè)的金屬熔煉和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程都需要用到熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包來(lái)盛裝和轉(zhuǎn)運(yùn)高溫金屬液，熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包需要做耐火層，傳統(tǒng)的耐火層都由耐火砂粒和黏結(jié)劑混合而成。本文介紹的新型耐火方法是把耐火材料熔化后再重新澆注成耐火層，能克服傳統(tǒng)耐火層在金屬熔煉轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中使用時(shí)間短，危險(xiǎn)性高，修補(bǔ)專業(yè)性強(qiáng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境污染等問(wèn)題。

所介紹的耐火方法是把耐火材料熔化，根據(jù)爐包形狀鑄造成需要的耐火層形狀，再把冷卻后的耐火層安裝到熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包本體上，用于隔絕金屬液和爐包本體，采用這種方法耐火層使用時(shí)間長(zhǎng)、車間可連續(xù)生產(chǎn)、不需要配備維修人員、沒(méi)有修爐包工序、無(wú)修爐包排廢造成的環(huán)境污染等。

1 傳統(tǒng)耐火方法

鑄造行業(yè)的金屬熔煉和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程都需要用到熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包，熔煉爐的作用是把常溫的固態(tài)金屬熔煉成高溫的液態(tài)金屬，轉(zhuǎn)運(yùn)包的作用是轉(zhuǎn)運(yùn)高溫的液態(tài)金屬，由于熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包的本體所用材料不能承受高溫，所以熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包都需要在本體上做耐火層，耐火層在高溫金屬液和本體之間起隔熱作用，傳統(tǒng)的耐火層都是把耐火砂粒和黏結(jié)劑混合后，涂抹到熔煉爐或者轉(zhuǎn)運(yùn)包本體上，黏結(jié)劑逐漸凝固后把耐火砂粒粘到本體上，在本體和液態(tài)金屬之間形成一定厚度的耐火砂粒，起到隔熱目的。

然而，采用耐火砂粒和黏結(jié)劑做的耐火層存在很多缺點(diǎn)：首先是影響車間正常生產(chǎn)，熔煉爐每3～6個(gè)月就需要修爐，重新做一遍耐火層，轉(zhuǎn)運(yùn)包每1～3個(gè)月就需要修包，做一遍耐火層，修爐修包過(guò)程中不能熔煉和轉(zhuǎn)運(yùn)金屬液，影響車間正常生產(chǎn)；其次是危險(xiǎn)性高，耐火砂粒和黏結(jié)劑組成的耐火層，強(qiáng)度不高，金屬加入過(guò)程中對(duì)耐火層有不可避免的損壞，時(shí)常出現(xiàn)熔煉過(guò)程中金屬液燒穿爐殼的情況，往往會(huì)造成重大事故；第三是維修工序?qū)I(yè)性強(qiáng)，從業(yè)愿望差，修爐修包過(guò)程為重體力勞動(dòng)，沒(méi)有專業(yè)的維修設(shè)備，全靠維修人員手動(dòng)修理，為了保證耐火層的質(zhì)量，維修人員需手工把砂粒涂抹到熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包的內(nèi)壁上，勞動(dòng)強(qiáng)度高，對(duì)維修人員專業(yè)技能要求強(qiáng)；第四是造成環(huán)境污染，近些年國(guó)家對(duì)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，耐火砂粒和黏結(jié)劑的使用和排廢，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

圖1 為熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包的結(jié)構(gòu)示意圖，其中爐包本體表示熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包的主體部分，金屬液表示需要熔煉和轉(zhuǎn)運(yùn)的固態(tài)金屬熔化后的液體，耐火層表示由耐火砂粒和黏結(jié)劑組成的耐火層，在金屬液和爐包本體之間起到隔熱的作用，防止金屬液的高溫破壞爐包本體。

圖1 熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包的結(jié)構(gòu)示意圖

砂粒和黏結(jié)劑組成的耐火層在高溫的作用下，使用時(shí)間短，需要經(jīng)常性的修補(bǔ)（熔煉爐3～6 個(gè)月，轉(zhuǎn)運(yùn)包1～3 個(gè)月），影響車間正常生產(chǎn)，危險(xiǎn)性高，修補(bǔ)專業(yè)性強(qiáng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，環(huán)境污染等問(wèn)題嚴(yán)重制約行業(yè)發(fā)展。

2 新型耐火方法

2.1 技術(shù)方案

本文所探討的耐火層是把耐火材料用熔煉爐熔煉為液體，再利用傳統(tǒng)鑄造的方法澆注到型腔中，待液體冷卻為固體后，就形成耐火層的形狀，再把耐火層安裝到爐包本體上，此想法主要是受現(xiàn)有玻璃熔煉爐的啟發(fā)，現(xiàn)有玻璃熔煉爐的耐火層就是使用鋁礬土（Al2O3））加熱熔化后重新澆注而成。

2.2 具體效果

采用這種耐火層，首先是車間的正常生產(chǎn)得到保證，產(chǎn)量增加，這種耐火層由耐火材料熔煉澆注后整體成形，根據(jù)玻璃熔煉過(guò)程的耐火層可使用8年類比，普通金屬的熔點(diǎn)都比玻璃低，所以這種耐火層使用時(shí)長(zhǎng)至少可達(dá)8 年以上，不存在修爐修包的情況，可保證車間連續(xù)生產(chǎn)；其次是安全性高，耐火材料整體澆注成形后不需要黏結(jié)劑，耐火溫度可達(dá)2 000 ℃以上，大大減低了燒穿爐體的可能，安全事故大大減低；第三是取消修爐修包工序，不需要配備維修人員，節(jié)省人力物力；第四是沒(méi)有環(huán)境污染，耐火層一次成形使用時(shí)間長(zhǎng)，不存在間斷性的修爐包排廢，對(duì)環(huán)境友好。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

圖2 是根據(jù)熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包確定耐火層形狀，企業(yè)根據(jù)產(chǎn)量和效率等可以確定爐包本體的大小和形狀，再根據(jù)爐包本體確定耐火層的形狀。

圖2 耐火層

圖3 是根據(jù)耐火層形狀確定的澆注型腔的形狀，根據(jù)耐火層形狀，制作澆注鑄型，中間空腔為澆注型腔，型腔的形狀與耐火層形狀相同，耐火材料熔化后的液體從澆注口注入，氣體從排氣口排出，液體充滿型腔后停止?jié)沧?，待冷卻后安裝到爐包本體上，形成耐火層。

圖3 澆注型腔

2.4 局限性

傳統(tǒng)耐火層所用的材料一般是天然砂子，主要成分是二氧化硅SiO2，也有要求高的場(chǎng)合使用鋁礬土（主要成分是Al2O3）及其他材料，這些耐火材料經(jīng)過(guò)多年的驗(yàn)證，在耐高溫性能、強(qiáng)度、穩(wěn)定性等方面都完全滿足使用要求。

但是有些方面還需要進(jìn)一步研究，比如鑄造工藝性方面，主要難點(diǎn)在于澆注成形過(guò)程，從實(shí)際考察調(diào)研情況看，類似二氧化硅、三氧化二鋁這種高熔點(diǎn)的材料在高溫液態(tài)情況下流動(dòng)性沒(méi)有金屬液體好，而且冷卻凝固過(guò)程非常迅速，一般金屬的冷卻過(guò)程都是幾十分鐘到幾十個(gè)小時(shí)不等，而耐火材料的冷卻時(shí)間只有幾分鐘到十幾分鐘，稍微復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的耐火件很難澆注成功，比較成熟的是正方形、長(zhǎng)方形、梯形、圓形等簡(jiǎn)單形狀，而一般的熔煉爐和轉(zhuǎn)運(yùn)包使用的都是U 形的耐火層，這就對(duì)鑄造工藝性要求較高，需要采用鑄型加熱、增大澆道冒口等方法才能鑄造出來(lái)。

3 結(jié)論

鑄造行業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域也都積累的一定的經(jīng)驗(yàn)，需要對(duì)全行業(yè)的全流程工序進(jìn)行進(jìn)一步的研究和提升，就要從這些難以突破的分支工序進(jìn)行討論，可以呼吁熔煉爐廠家直接進(jìn)行出廠匹配性研究，把耐火層的制作工序從鑄造廠轉(zhuǎn)移到設(shè)備廠。