探討金屬熔煉轉運過程的耐火方法

衛飛龍，常 濤

（共享智能鑄造產業創新中心有限公司，寧夏 銀川 750021）

鑄造行業的金屬熔煉和轉運過程都需要用到熔煉爐和轉運包來盛裝和轉運高溫金屬液，熔煉爐和轉運包需要做耐火層，傳統的耐火層都由耐火砂粒和黏結劑混合而成。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，能克服傳統耐火層在金屬熔煉轉運過程中使用時間短，危險性高，修補專業性強，勞動強度大，環境污染等問題。

所介紹的耐火方法是把耐火材料熔化，根據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運包本體上，用于隔絕金屬液和爐包本體，采用這種方法耐火層使用時間長、車間可連續生產、不需要配備維修人員、沒有修爐包工序、無修爐包排廢造成的環境污染等。

1 傳統耐火方法

鑄造行業的金屬熔煉和轉運過程都需要用到熔煉爐和轉運包，熔煉爐的作用是把常溫的固態金屬熔煉成高溫的液態金屬，轉運包的作用是轉運高溫的液態金屬，由于熔煉爐和轉運包的本體所用材料不能承受高溫，所以熔煉爐和轉運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，傳統的耐火層都是把耐火砂粒和黏結劑混合后，涂抹到熔煉爐或者轉運包本體上，黏結劑逐漸凝固后把耐火砂粒粘到本體上，在本體和液態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劑做的耐火層存在很多缺點：首先是影響車間正常生產，熔煉爐每3～6個月就需要修爐，重新做一遍耐火層，轉運包每1～3個月就需要修包，做一遍耐火層，修爐修包過程中不能熔煉和轉運金屬液，影響車間正常生產；其次是危險性高，耐火砂粒和黏結劑組成的耐火層，強度不高，金屬加入過程中對耐火層有不可避免的損壞，時常出現熔煉過程中金屬液燒穿爐殼的情況，往往會造成重大事故；第三是維修工序專業性強，從業愿望差，修爐修包過程為重體力勞動，沒有專業的維修設備，全靠維修人員手動修理，為了保證耐火層的質量，維修人員需手工把砂粒涂抹到熔煉爐和轉運包的內壁上，勞動強度高，對維修人員專業技能要求強；第四是造成環境污染，近些年國家對環保要求越來越嚴格，耐火砂粒和黏結劑的使用和排廢，造成了嚴重的環境污染。

圖1 為熔煉爐和轉運包的結構示意圖，其中爐包本體表示熔煉爐和轉運包的主體部分，金屬液表示需要熔煉和轉運的固態金屬熔化后的液體，耐火層表示由耐火砂粒和黏結劑組成的耐火層，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 熔煉爐和轉運包的結構示意圖

砂粒和黏結劑組成的耐火層在高溫的作用下，使用時間短，需要經常性的修補（熔煉爐3～6 個月，轉運包1～3 個月），影響車間正常生產，危險性高，修補專業性強，勞動強度大，環境污染等問題嚴重制約行業發展。

2 新型耐火方法

2.1 技術方案

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，此想法主要是受現有玻璃熔煉爐的啟發，現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得到保證，產量增加，這種耐火層由耐火材料熔煉澆注后整體成形，根據玻璃熔煉過程的耐火層可使用8年類比，普通金屬的熔點都比玻璃低，所以這種耐火層使用時長至少可達8 年以上，不存在修爐修包的情況，可保證車間連續生產；其次是安全性高，耐火材料整體澆注成形后不需要黏結劑，耐火溫度可達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，節省人力物力；第四是沒有環境污染，耐火層一次成形使用時間長，不存在間斷性的修爐包排廢，對環境友好。

2.3 技術特點

圖2 是根據熔煉爐和轉運包確定耐火層形狀，企業根據產量和效率等可以確定爐包本體的大小和形狀，再根據爐包本體確定耐火層的形狀。

圖2 耐火層

圖3 是根據耐火層形狀確定的澆注型腔的形狀，根據耐火層形狀，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澆注，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，也有要求高的場合使用鋁礬土（主要成分是Al2O3）及其他材料，這些耐火材料經過多年的驗證，在耐高溫性能、強度、穩定性等方面都完全滿足使用要求。

但是有些方面還需要進一步研究，比如鑄造工藝性方面，主要難點在于澆注成形過程，從實際考察調研情況看，類似二氧化硅、三氧化二鋁這種高熔點的材料在高溫液態情況下流動性沒有金屬液體好，而且冷卻凝固過程非常迅速，一般金屬的冷卻過程都是幾十分鐘到幾十個小時不等，而耐火材料的冷卻時間只有幾分鐘到十幾分鐘，稍微復雜形狀結構的耐火件很難澆注成功，比較成熟的是正方形、長方形、梯形、圓形等簡單形狀，而一般的熔煉爐和轉運包使用的都是U 形的耐火層，這就對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。

3 結論

鑄造行業經過多年的發展，在各個細分領域也都積累的一定的經驗，需要對全行業的全流程工序進行進一步的研究和提升，就要從這些難以突破的分支工序進行討論，可以呼吁熔煉爐廠家直接進行出廠匹配性研究，把耐火層的制作工序從鑄造廠轉移到設備廠。