アルミニウム溶解用耐火物ライニング材

最も効果的な アルミ溶解用耐火物ライニング材 は、60%から85%のアルミナを含む低セメントまたは超低セメントキャスタブルで、硫酸バリウムやフッ化カルシウムなどの特定の湿潤防止添加剤で強化されています。これらの配合は、溶融アルミニウムの浸透に抵抗し、ライニング不良の主な原因であるコランダムの成長を防ぎます。従来の高アルミナ質レンガは上部ゾーンと屋根には依然として有用ですが、業界は、その優れた完全性と液体金属が攻撃するジョイントラインの減少により、炉心と下部壁用の不定形耐火物へとシフトしています。AdTechは、運転効率を確保しダウンタイムを最小限に抑えるため、気孔率が低く耐熱衝撃性の高い材料を優先することを推奨しています。.

アルミニウム加工における耐火物ライニングの重要な役割

アルミニウムの溶解は、産業用セラミックにとって最も過酷な環境のひとつを作り出します。溶融金属は非常に反応性が高い。標準的な耐火物に見られる多くの酸化物を還元します。この化学的攻撃は、合金の構造劣化と汚染につながります。.

適切なライニングを選択することは、単に熱を封じ込めることだけではない。それは化学的な問題である。ライニングは中性バリアとして機能しなければならない。溶融物と相互作用することはできない。材料が濡れることを許せば、アルミニウムは気孔に浸透する。この浸透は、ライニングをコランダム（酸化アルミニウム）に変える反応を引き起こす。この変化により、材料の体積が膨張する。その結果、ひび割れ、剥離が生じ、最終的には炉が破損します。.

アドテックは、炉の寿命は炉の特定ゾーンに材料特性を適合させることに依存すると強調する。炉床は液体金属との接触に面しています。屋根は熱放射に直面します。ランプ部は装入による機械的衝撃に直面します。.

高性能耐火物の主要特性

適切な材料を選択するために、工場管理者は特定の物理的・化学的特性を評価しなければならない。.

耐薬品性と耐湿性

最も重要な特性は耐湿性である。アルミニウムは粘度が低く、流動性が高い。多孔質構造に容易に浸透する。耐火物には不濡れ剤が含まれていなければならない。これらの添加剤は、耐火物と液体金属との界面における表面張力を変化させる。一般的な添加剤には以下が含まれる：

• 硫酸バリウム (BaSO4)

• フッ化カルシウム (CaF2)

• 窒化ホウ素 (特殊洗浄に使用）

これらの成分は微細なバリアを形成する。アルミニウムによるシリカの化学的還元を阻止する。.

耐熱衝撃性

炉にはサイクルがある。洗浄や合金の交換の際に加熱され、冷却される。ライニングは膨張と収縮を繰り返す。材料が硬すぎると亀裂が生じます。最適化された骨材サイジングと結合マトリックスを持つ材料は、この応力を吸収します。.

機械的強度

装入プロセスでは、重いインゴットやスクラップを炉に落下させる。ランプとハースはこの物理的衝撃に耐えなければならない。ここでは、高い冷間破砕強度（CCS）と高い破断係数（MOR）を持つ材料が不可欠です。.

耐火物ライニング材の種類

耐火物市場には、いくつかのカテゴリーがあります。成形材料と不定形材料の違いを理解することは、十分な情報に基づいて購入するために必要です。.

モノリスティック・キャスタブル（現代のスタンダード）

キャスタブルは、溶解炉の腹部や床部に好んで使用されるようになった。目地がなくなるからだ。継ぎ目は、アルミニウムが通常攻撃を開始する弱点である。.

低セメントキャスタブル（LCC）：
従来のキャスタブルよりも石灰（CaO）の含有量が少ない。石灰含有量が少ないということは、高温強度が高いことを意味する。気孔率が低い。この密度により、アルミニウムが浸透しにくくなります。.

超低セメントキャスタブル（ULCC）：
これらはさらに高い密度を提供する。耐摩耗性に優れています。アドテックでは、スクラップが積まれるタラップ部分によくこれを提案しています。.

断熱キャスタブル：
これらは直接金属と接触するために使用されるものではない。緻密な作業ライニングの背後に配置される。炉内の熱を保持します。これによりエネルギー効率が向上します。.

高アルミナれんが

リン酸塩結合の高アルミナレンガは今でも使われている。上部の壁や屋根によく使われている。費用対効果は高い。しかし、レンガとレンガの間のモルタル目地は依然として脆弱である。溶けたアルミニウムはまずモルタルを攻撃する。いったんモルタルが損なわれると、レンガはゆるんで浮いてくる。.

プラスチック耐火物

これらは補修に使われる成形可能な材料である。ひび割れの補修や、手すりや敷居のような磨耗した部分の補修に最適です。既存の焼成耐火物によく接着します。.

表1：耐火物の種類の比較

コランダムの成長のメカニズム

コランダムの成長を理解することが予防に不可欠。それはアルミニウム炉の癌である。.

この反応は、溶融アルミニウムが耐火物の気孔に侵入したときに始まる。アルミニウムは遊離シリカ（SiO2)またはその他の不安定な酸化物である。化学式は通常、この還元プロセスに従う：

4Al + 3SiO2 → 2Al2O3 + 3Si

製品だ、, ​, はコランダムである。非常に硬い。問題は硬さではない。問題は体積膨張である。コランダムは元の部品よりも多くのスペースを取る。これが莫大な内圧を生み出す。それがライニングの盛り上がりと座屈を引き起こす。.

予防戦術：

1. シリカを減らす： 遊離シリカ含有量の少ない高アルミナ配合のものを使用する。.

2. バリアを追加する： 前述の濡れ防止剤を取り入れる。.

3. 温度管理： 過度の過熱は反応を加速させる。.

炉のゾーニング：エリアによる材料の選択

単一の材料が炉全体に使用できることは稀です。ゾーン化されたアプローチはコストと性能を最適化します。.

囲炉裏（フロア）

ここは最も重要なゾーンだ。年中無休で液体プールを保持している。.

• 要件 貫通に対する最大の抵抗力。.

• 推薦する： 80-85% 硫酸バリウム入りアルミナ低セメントキャスタブル。.

ザ・ベリー・バンド（スラグライン）

この領域は、金属レベルの変動を見る。フラックスや機械的な洗浄ツールによるケミカル・アタックに直面する。.

• 要件 耐摩耗性と化学的安定性。.

• 推薦する： 溶融ムライト系キャスタブルまたは炭化ケイ素（SiC）ブロック。炭化ケイ素は、アルミニウムが容易に濡れないため、ここでは優れている。.

上部の壁と屋根

これらのエリアでは輻射熱が見られるが、液体金属との接触はない。.

• 要件 断熱性と構造的安定性。.

• 推薦する： 60-70%アルミナレンガまたはグナイトミックス。グナイトは吹き付け式で、広い屋根面積の施工が迅速に行えます。.

バックアップ・ライニング

働く顔の裏側では、断熱がカギとなる。.

• 要件 熱伝導率が低い。.

• 推薦する： セラミックファイバーボードまたは軽量断熱レンガ。この層は、熱による炉の鋼殻の損傷を防ぐ。.

インスタレーション成功の決め手

どんなに良い素材でも、施工が悪ければ失敗する。アドテックは、ライニングの不具合の50%は、材料の欠陥ではなく、施工ミスによるものだと指摘している。.

水のコントロール

キャスタブルの場合、水の添加は正確でなければならない。水が多すぎると、蒸発する際に空隙（ポア）が残る。この空隙がアルミニウムの通り道になります。水が少なすぎると、適切な結合が妨げられます。.

振動

振動は閉じ込められた気泡を取り除きます。それにより、材料は確実に密に詰まる。しかし、過度の振動は偏析を引き起こす。重い骨材は沈み、水は上昇する。これにより弱い表層が形成される。.

焼成と硬化（焼結）

ドライアウトのスケジュールは譲れない。水分はゆっくりと取り除かなければならない。温度が急激に上昇すると、閉じ込められた水が蒸気に変わる。圧力が高まり、ライニングが破裂する。これは爆発的剥離として知られている。数日間かけて加熱曲線をコントロールすることが必須です。.

表2：ハース耐火物の推奨化学組成

ケーススタディ東南アジアでの炉寿命延長キャンペーン

クライアント・プロフィール 中規模のアルミダイカスト工場。.
場所 マレーシア、ペナン.
時間だ： 2023年3月プロジェクト開始、2024年3月審査。.
問題だ：
この顧客は、20トンの反射炉に標準的な60%アルミナレンガのライニングを使用していた。わずか6ヶ月でコランダムの深刻な成長に直面した。この成長により、炉の能力は15%減少した。そのため、4週間ごとに機械洗浄のために操業停止を余儀なくされた。このダウンタイムにより、生産量が大幅に低下した。.

解決策
エンジニアリングチームは、モノリシックなアップグレードを提案した。.

1. 解体： レンガの内張りは完全に取り除かれた。.

2. マテリアル・スイッチ： アドテックは、硫酸バリウムを強化した80%アルミナ低セメントキャスタブルを地元のサプライヤーに提供するよう推奨した。.

3. ゾーニング インパクトランプは、より高い衝撃強度を得るために、一般的な溶融アルミナキャスタブルで補強された。.

4. 断熱材： セラミック・ファイバー・ボードと微多孔質断熱材の二重層がシェルに対して設置された。.

結果（1年後）：
2024年3月までに、炉は12ヶ月間連続稼働した。.

• コランダムの成長： ごくわずか。.

• クリーニング： 洗浄サイクルは4週間から12週間になった。.

• シェル温度 110℃から75℃に低下し、絶縁性が向上したことを示す。.

• ROI： 材料費はレンガより20%高かったが、ダウンタイムの削減で3ヶ月でアップグレードの元は取れた。.

ライニングの寿命を延ばすメンテナンス戦略

定期的なメンテナンスはオプションではなく、必須事項である。.

日常清掃

フラックスはドロスを作る。ドロスは壁に付着する。このドロスを毎日除去しないと、固まります。ドロスは耐火物に沁み込みます。作業者が後でこれを削り取ろうとすると、耐火物壁の塊も一緒に引っ張られることになる。.

フラックス・マネジメント

フラックスはアルミニウムの洗浄に必要ですが、腐食性があります。フラックスに含まれるナトリウム塩とカリウム塩は、耐火物マトリックスを攻撃する。作業者は、フラックスを金属表面に正確に塗布し、可能な限り壁面との直接接触を避けるべきである。.

サーモグラフィ検査

赤外線カメラで炉シェルをスキャンする。鋼製シェル上のホットスポットは、内部の耐火物ライニングが薄くなったり、ひび割れたりしていることを示します。この早期警告により、緊急シャットダウンではなく計画的なパッチ修理が可能になります。.

アドテックの視点から見た総合的な溶解品質

アドテックはセラミックフォームフィルターと脱ガス装置で有名ですが、溶融物の品質は炉のライニングから始まると理解しています。ライニングが劣化すると、溶融物に固形物が混入します。破損した耐火レンガやキャスタブルの破片は、最終鋳造品に硬い介在物となります。これらは工具をダメにし、部品の不合格の原因となります。.

したがって、高品質の耐火物ライニング材に投資することは、金属の清浄度に直接投資することである。これは濾過システムを補完するものです。炉が粒子を排出すれば、フィルターの目詰まりが早まる。安定したライニングは、より清浄なメタルが洗浄システムに到達することを意味します。.

一般的な耐火物の問題のトラブルシューティング

物事がうまくいかないとき、迅速な診断が費用を節約する。.

表3：耐火物破損分析

コスト分析：安価な素材と高品質の素材

調達部門は、トン当たりの最低価格を押し付けることが多い。これは耐火物の世界では誤った経済である。.

シナリオA安価な素材

• コスト：$800/トン。.

• 耐用年数：12ヶ月.

• 修理：年4回。.

• ダウンタイムコスト：高い。.

シナリオB：プレミアムノンウェットキャスタブル

• コスト：$1,400/トン。.

• 耐用年数：36ヶ月.

• 修理：1回／年。.

• ダウンタイムコスト：低い。.

3年間で見ると、シナリオBのコストは大幅に低くなります。材料費は設置作業費や生産停止時間による損失のほんの一部です。AdTechは顧客に対し、バッグの定価ではなく「総所有コスト」を検討するよう助言しています。.

アルミニウム耐火物の将来動向

業界は「ナノエンジニアリング」耐火物へと移行しつつある。これらの材料はナノテクノロジーを用いて細孔サイズをさらに縮小させる。これによりアルミニウム原子の物理的浸透はほぼ不可能となる。さらに、プレキャスト形状の採用が普及しつつある。現場打ちではなく、ブロックを管理された工場環境で鋳造・焼成し、現場で組み立てる方式である。これにより材料特性が完璧に保証され、現場での混合誤差という変動要因が排除される。.

よくある質問 (FAQ)

1.アルミニウム溶解炉に最適な耐火物は何ですか？
最適な材料は、一般的にアルミナ含有量が60～85%の低セメントキャスタブルで、金属の浸透を防ぐために硫酸バリウムやフッ化カルシウムなどの濡れ防止添加剤で処理されている。.

2.なぜ溶融アルミニウムは耐火ライニングを損傷するのですか？
溶けたアルミニウムは化学的に活性です。ライニングのシリカを還元し、ケイ素と酸化アルミニウム（コランダム）を形成します。この反応は体積膨張を引き起こし、ひび割れや構造破壊につながります。.

3.アルミニウム炉におけるコランダムの成長とは？
コランダムの成長とは、炉壁に酸化アルミニウムがキノコ状に形成されることである。アルミニウム融液と耐火物との反応によって生じる。炉の能力を低下させ、除去は非常に困難です。.

4.ファーネスのライニングはどのくらい長持ちしますか？
アルミ反射炉のライニングは、適切に設置され維持されていれば3～5年は持つはずである。ただし、ランプのような摩耗の激しいゾーンは12～18ヶ月ごとに補修が必要な場合がある。.

5.アルミニウムの溶解に耐火粘土レンガを使用できますか？
耐火粘土レンガはシリカを多く含むため、溶融アルミニウムと直接接触することは一般的に推奨されません。シリカの含有量が高いため、溶融アルミニウムに直接接触させることはお勧めできません。.

6.新しいライニングを焼く目的は何ですか？
ベーキングアウトは、キャスタブルから物理的および化学的に結合した水分を除去する。この作業が速すぎると、水分が蒸気に変わり、ライニングが破裂する。完全な強度を得るために材料を焼結させます。.

7.ドロスが壁に付着するのを防ぐには？
濡れ防止添加剤入りの耐火物を使用すると効果的です。さらに、定期的な機械的洗浄（シフト毎）によって、ドロスが壁に永久的に付着するのを防ぐことができます。.

8.キャスタブル耐火物とプラスチック耐火物の違いは何ですか？
キャスタブルはコンクリートのようなもので、水と混ぜて型に流し込む。プラスチック耐火物は硬い粘土のようなもので、エアーハンマーで所定の位置に打ち込む。.

9.フラックスは耐火物ライニングにどのような影響を与えますか？
フラックスには、ドロスの融点を下げる塩類が含まれるが、耐火物の結合を化学的に攻撃する。フラックスの過剰注入や壁面への直接塗布は、侵食を加速する。.

10.なぜ耐火物の背後の断熱が重要なのですか？
断熱材は炉内の熱を保持し、燃料コストを削減します。また、外側の鋼殻を冷やし、熱応力による反りや破損を防ぎます。.

概要

アルミニウム溶解用の正しい耐火物ライニング材を選択することは、鋳造作業の収益性を左右する決定である。標準的なレンガから、湿潤防止技術を備えた高度な低セメントキャスタブルに移行することで、加工業者はコランダムの成長を効果的に阻止することができます。この選択は、炉のキャンペーン寿命を延ばし、介在物を減少させることでよりクリーンな金属を確保し、エネルギー消費を削減します。アドテックは科学的アプローチを提唱しています：ゾーンを分析し、特定のケミストリーを選択し、完璧な設置を実行します。この方式は、要求の厳しいアルミ加工の世界で卓越した操業を保証します。.