알루미늄 용융용 내화 안감 소재

가장 효과적인 알루미늄 용융용 내화 안감 소재 오퍼레이션은 황산바륨 또는 불화칼슘과 같은 특정 습윤 방지 첨가제로 강화된 60%~85% 알루미나를 함유한 저시멘트 또는 초저시멘트 캐스터블입니다. 이러한 배합은 용융 알루미늄 침투를 방지하고 라이닝 실패의 주요 원인인 커런덤 성장을 방지합니다. 기존의 고알루미나 벽돌은 상부 구역과 지붕에 여전히 유용하지만, 업계는 우수한 무결성과 액체 금속이 공격하는 조인트 라인 감소로 인해 난로와 하부 벽에 모놀리식 내화물로 전환하고 있습니다. 애드테크는 운영 효율성을 보장하고 가동 중단 시간을 최소화하기 위해 다공성이 낮고 열충격 저항성이 높은 재료를 우선적으로 사용할 것을 권장합니다.

알루미늄 가공에서 내화 라이닝의 중요한 역할

알루미늄 용융은 산업용 세라믹에 가장 공격적인 환경 중 하나를 조성합니다. 용융된 금속은 반응성이 매우 높습니다. 표준 내화물에서 발견되는 많은 산화물을 감소시킵니다. 이러한 화학적 공격은 합금의 구조적 열화와 오염으로 이어집니다.

올바른 안감을 선택하는 것은 단순히 열을 차단하는 것만이 아닙니다. 그것은 화학에 관한 것입니다. 라이닝은 중립적인 장벽 역할을 해야 합니다. 용융물과 상호 작용할 수 없습니다. 소재가 젖는 것을 허용하면 알루미늄이 기공을 통해 침투합니다. 이 침투는 라이닝을 커런덤(알루미늄 산화물)으로 전환하는 반응을 일으킵니다. 이 변환은 재료의 부피를 확장합니다. 그 결과 균열, 파손, 결국에는 용광로 고장이 발생합니다.

애드테크는 용광로의 수명은 재료의 특성을 용광로의 특정 구역에 맞추는 데 달려 있다고 강조합니다. 난로는 액체 금속과 접촉합니다. 지붕은 열 복사에 직면합니다. 램프 영역은 하중으로 인한 기계적 충격에 직면합니다.

고성능 내화물의 주요 특성

올바른 재료를 선택하려면 공장 관리자는 특정 물리적 및 화학적 특성을 평가해야 합니다.

화학적 불활성 및 젖음 방지

가장 중요한 특성은 젖음에 대한 저항성입니다. 알루미늄은 점도가 낮고 유동성이 높습니다. 다공성 구조에 쉽게 침투합니다. 내화물에는 습윤 방지제가 포함되어야 합니다. 이러한 첨가제는 내화물과 액체 금속 사이의 계면에서 표면 장력을 변화시킵니다. 일반적인 첨가제는 다음과 같습니다:

• 황산 바륨(BaSO4)

• 불화칼슘(CaF2)

• 질화 붕소 (특수 세척에 사용)

이러한 성분은 미세한 장벽을 형성합니다. 알루미늄에 의한 실리카의 화학적 환원을 막습니다.

열 충격 저항

용광로는 주기를 거칩니다. 청소하거나 합금을 교체하는 동안 가열되고 냉각됩니다. 라이닝이 팽창하고 수축합니다. 재료가 너무 단단하면 균열이 발생합니다. 최적화된 골재 크기와 본딩 매트릭스를 갖춘 소재는 이러한 응력을 흡수합니다.

기계적 강도

충전 과정에는 무거운 잉곳이나 스크랩을 용광로에 떨어뜨리는 작업이 포함됩니다. 램프와 난로는 이러한 물리적 충격을 견뎌야 합니다. 여기에는 높은 냉간 파쇄 강도(CCS)와 높은 파열 계수(MOR)를 가진 소재가 필수적입니다.

내화 안감 재료의 종류

시장에는 여러 종류의 내화물이 있습니다. 정보에 입각한 구매를 위해서는 성형 재료와 모놀리식 재료의 차이점을 이해하는 것이 필요합니다.

모놀리식 캐스터블(최신 표준)

캐스터블은 용해로의 배와 바닥에 선호되는 선택이 되었습니다. 접합부를 제거하기 때문입니다. 접합부는 일반적으로 알루미늄이 공격을 시작하는 약점입니다.

저시멘트 캐스터블(LCC):
기존 캐스터블보다 석회(CaO)가 적게 함유되어 있습니다. 석회 함량이 낮다는 것은 고온 강도가 높다는 것을 의미합니다. 다공성이 낮습니다. 밀도가 낮기 때문에 알루미늄이 침투하기 어렵습니다.

초저 시멘트 캐스터블(ULCC):
훨씬 더 높은 밀도를 제공합니다. 마모에 매우 강합니다. 애드테크는 종종 스크랩을 적재하는 램프 영역에 이 제품을 제안합니다.

절연 캐스터블:
금속과 직접 접촉하는 용도로는 사용되지 않습니다. 그들은 조밀 한 작업 라이닝 뒤에 배치됩니다. 용광로 내부의 열을 유지합니다. 이를 통해 에너지 효율이 향상됩니다.

고알루미나 벽돌

인산염 결합 고알루미나 벽돌은 여전히 사용되고 있습니다. 상부 벽과 지붕에 주로 사용됩니다. 비용 효율적입니다. 그러나 벽돌과 벽돌 사이의 모르타르 접합부는 여전히 취약점으로 남아 있습니다. 녹은 알루미늄이 모르타르를 먼저 공격합니다. 모르타르가 손상되면 벽돌이 느슨해져 떠내려갑니다.

플라스틱 내화물

수리에 사용되는 성형 가능한 재료입니다. 잼이나 문턱과 같은 균열이나 마모된 부분을 패치하는 데 탁월합니다. 기존의 소성된 내화물에 잘 접착됩니다.

표 1: 내화성 재료 유형 비교

커런덤 성장의 메커니즘

커런덤 성장을 이해하는 것은 예방을 위해 필수적입니다. 이는 알루미늄 용광로의 암입니다.

반응은 용융 알루미늄이 내화 기공을 통과할 때 시작됩니다. 알루미늄은 유리 실리카(SiO2) 또는 기타 불안정한 산화물로 환원됩니다. 화학 방정식은 일반적으로 이 환원 과정을 따릅니다:

4Al + 3SiO2 → 2Al2O3 + 3Si

제품, ​, 은 커런덤입니다. 매우 단단합니다. 문제는 경도가 아닙니다. 문제는 부피 확장입니다. 커런덤은 원래 구성 요소보다 더 많은 공간을 차지합니다. 이로 인해 엄청난 내부 압력이 발생합니다. 이로 인해 안감이 들뜨고 버클이 생깁니다.

예방 전술:

1. 실리카를 줄이세요: 유리 실리카 함량이 낮은 고알루미나 포뮬러를 사용합니다.

2. 장벽을 추가합니다: 앞서 언급한 습윤 방지제를 사용하세요.

3. 온도 제어: 과도한 과열은 반응을 가속화합니다.

퍼니스 구역 설정: 영역별 머티리얼 선택

단일 재료가 전체 용광로에서 작동하는 경우는 거의 없습니다. 구역별 접근 방식은 비용과 성능을 최적화합니다.

난로(바닥)

이곳은 가장 중요한 구역입니다. 24시간 연중무휴로 액체 풀을 보관합니다.

• 요구 사항: 침투에 대한 최대 저항력.

• 권장 사항: 80-85% 황산 바륨이 함유된 알루미나 로우 시멘트 캐스터블.

벨리 밴드(슬래그 라인)

이 영역은 금속 레벨의 변동을 확인합니다. 플럭스 및 기계식 청소 도구의 화학적 공격에 직면합니다.

• 요구 사항: 내마모성 및 화학적 안정성.

• 권장 사항: 용융 뮬라이트 기반 캐스터블 또는 실리콘 카바이드(SiC) 블록. 실리콘 카바이드는 알루미늄이 쉽게 젖지 않기 때문에 여기에 탁월합니다.

상부 벽 및 지붕

이러한 영역에서는 복사열은 발생하지만 액체 금속 접촉은 발생하지 않습니다.

• 요구 사항: 단열 및 구조적 안정성.

• 권장 사항: 60-70% 알루미나 벽돌 또는 구나이트 믹스. 구나이트는 스프레이로 뿌려서 넓은 지붕 면적에 더 빠르게 설치할 수 있습니다.

백업 라이닝

작업면 뒤에는 단열이 핵심입니다.

• 요구 사항: 낮은 열전도율.

• 권장 사항: 세라믹 섬유판 또는 경량 단열 벽돌. 이 층은 열로 인해 용광로의 강철 외피가 손상되는 것을 방지합니다.

설치: 설치: 성공의 결정적 요소

아무리 좋은 소재라도 잘못 설치하면 실패합니다. 애드테크는 50%의 라이닝 실패는 재료 결함이 아닌 설치 오류로 인한 것이라고 지적합니다.

물 제어

캐스터블의 경우 물을 정확하게 첨가해야 합니다. 물이 너무 많으면 증발할 때 공극(기공)이 남습니다. 이러한 공극은 알루미늄의 통로가 됩니다. 물이 너무 적으면 제대로 결합되지 않습니다.

진동

진동이 갇힌 기포를 제거합니다. 재료가 조밀하게 포장되도록 합니다. 그러나 과도한 진동은 분리를 유발합니다. 무거운 골재는 가라앉고 물은 상승합니다. 이로 인해 표면층이 약해집니다.

베이킹 및 경화(소결)

건조 일정은 협상할 수 없습니다. 물은 천천히 제거해야 합니다. 온도가 너무 빨리 올라가면 갇힌 물이 증기로 변합니다. 압력이 쌓여 라이닝이 폭발합니다. 이를 폭발성 스팔링이라고 합니다. 며칠에 걸쳐 가열 곡선을 제어해야 합니다.

표 2: 난로 내화물에 권장되는 화학 성분

사례 연구: 동남아시아에서 퍼니스 캠페인 수명 연장하기

고객 프로필: 중간 규모의 알루미늄 다이캐스팅 시설입니다.
위치: 말레이시아 페낭.
시간: 프로젝트 시작 2023년 3월, 검토 2024년 3월.
문제입니다:
이 고객은 20톤 규모의 반향로에 표준 60% 알루미나 벽돌 라이닝을 사용하고 있었습니다. 그런데 불과 6개월 만에 심각한 커런덤 성장에 직면했습니다. 성장으로 인해 용광로 용량이 15% 감소했습니다. 이로 인해 4주마다 기계 청소를 위해 가동을 중단해야 했습니다. 가동 중단으로 인해 상당한 생산량 손실이 발생했습니다.

솔루션:
엔지니어링 팀은 모놀리식 업그레이드를 제안했습니다.

1. 철거: 벽돌 안감이 완전히 제거되었습니다.

2. 머티리얼 전환: 애드테크는 현지 공급업체에 황산 바륨으로 강화된 80% 알루미나 로우 시멘트 캐스터블을 제공할 것을 권장했습니다.

3. 구역 설정: 충격 경사로를 일반 용융 알루미나 캐스터블로 보강하여 충격 강도를 높였습니다.

4. 단열: 세라믹 섬유판과 미세 다공성 단열재의 이중 레이어가 쉘에 설치되었습니다.

결과(1년 후):
2024년 3월까지 용광로는 12개월 동안 연속으로 가동되었습니다.

• 커런덤 성장: 무시할 수 있습니다.

• 청소: 청소 주기가 4주에서 12주로 변경되었습니다.

• 셸 온도: 110°C에서 75°C로 낮아져 단열성이 향상되었습니다.

• ROI: 재료비는 벽돌보다 20% 높았지만 다운타임 감소로 3개월 만에 업그레이드 비용을 지불했습니다.

라이닝 수명 연장을 위한 유지 관리 전략

정기적인 유지 관리는 선택이 아니라 필수입니다.

매일 청소

플럭싱은 드로스를 생성합니다. 드로스는 벽에 달라붙습니다. 이 드로스를 매일 제거하지 않으면 경화됩니다. 그것은 내화물에 소결됩니다. 나중에 작업자가 이를 떼어내려고 할 때 내화벽의 덩어리를 함께 끌어당깁니다.

플럭스 관리

플럭스는 알루미늄을 세척하는 데 필요하지만 부식성이 있습니다. 플럭스의 나트륨과 칼륨 염은 내화성 매트릭스를 공격합니다. 작업자는 가능한 한 벽에 직접 닿지 않도록 금속 표면에 정확하게 플럭스를 도포해야 합니다.

서모그래피 스캔

적외선 카메라를 사용하여 용광로 쉘을 스캔합니다. 강철 쉘의 핫스팟은 내부의 내화 라이닝이 얇아지거나 균열이 생겼음을 나타냅니다. 이 조기 경고를 통해 긴급 가동 중단이 아닌 계획된 패치 수리가 가능합니다.

애드테크의 관점에서 본 총 용융 품질

애드테크는 세라믹 폼 필터와 가스 제거 장치로 유명하지만 용융물의 품질은 용해로 라이닝에서 시작된다는 사실을 잘 알고 있습니다. 라이닝이 열화되면 용융물에 고체 내포물이 유입됩니다. 깨진 내화 벽돌이나 캐스터블 조각은 최종 주조물에서 단단한 내포물이 됩니다. 이는 공구를 망가뜨리고 부품 불합격의 원인이 됩니다.

따라서 고품질 내화 라이닝 소재에 투자하는 것은 금속 청결에 직접 투자하는 것입니다. 여과 시스템을 보완합니다. 용광로가 입자를 흘리면 필터가 더 빨리 막힙니다. 안정적인 라이닝은 더 깨끗한 금속이 세탁 시스템에 도달한다는 것을 의미합니다.

일반적인 불응성 문제 해결

문제가 발생하면 빠른 진단으로 비용을 절감할 수 있습니다.

표 3: 불응성 장애 분석

비용 분석: 저렴한 재료 대 고품질 재료

조달 부서는 종종 톤당 최저 가격을 요구합니다. 이는 내화물의 세계에서 잘못된 경제학입니다.

시나리오 A: 저렴한 재료

• 비용: $800/톤.

• 수명: 12개월.

• 수리: 연간 4회.

• 다운타임 비용: 높음.

시나리오 B: 프리미엄 논-웨팅 캐스터블

• 비용: $1,400/톤.

• 수명: 36개월.

• 수리: 1년에 1회.

• 다운타임 비용: 낮음.

3년간 시나리오 B의 비용이 현저히 낮습니다. 자재비는 설치 인건비와 생산 손실 시간에 비해 극히 일부에 불과합니다. AdTech는 고객들에게 가방의 표면 가격보다 “총소유비용(TCO)”을 고려할 것을 권고합니다.

알루미늄 내화물의 미래 트렌드

산업계는 “나노 공학” 내화물로 전환되고 있다. 이 소재들은 나노기술을 활용해 기공 크기를 더욱 축소한다. 이로 인해 알루미늄 원자의 물리적 침투가 거의 불가능해진다. 또한 프리캐스트 형상이 인기를 얻고 있다. 현장에서 바닥을 주조하는 대신, 블록을 통제된 공장 환경에서 주조 및 소성한 후 현장에서 조립한다. 이는 재료 특성이 완벽함을 보장하며 현장 혼합 오류라는 변수를 제거한다.

자주 묻는 질문(FAQ)

1. 알루미늄 용해로에 가장 적합한 내화 재료는 무엇인가요?
가장 좋은 재료는 일반적으로 알루미나 함량이 60-85%인 저시멘트 캐스터블로, 금속 침투를 방지하기 위해 황산바륨이나 불화칼슘과 같은 습윤 방지 첨가제로 처리된 제품입니다.

2. 용융 알루미늄이 내화 라이닝을 손상시키는 이유는 무엇인가요?
용융 알루미늄은 화학적으로 활성입니다. 이는 안감의 실리카를 감소시켜 실리콘과 산화알루미늄(커런덤)을 형성합니다. 이 반응은 부피 팽창을 일으켜 균열과 구조적 고장을 일으킵니다.

3. 알루미늄 용광로에서 커런덤 성장이란 무엇인가요?
커런덤 성장은 용광로 벽에 알루미늄 산화물이 버섯처럼 형성되는 것을 말합니다. 이는 알루미늄 용융물과 내화물 사이의 반응으로 인해 발생합니다. 용광로 용량을 감소시키고 제거하기가 매우 어렵습니다.

4. 퍼니스 라이닝은 얼마나 오래 사용해야 하나요?
알루미늄 반향로에 잘 설치되고 유지 관리된 라이닝은 3년에서 5년 정도 지속됩니다. 그러나 경사로와 같이 마모가 심한 구역은 12~18개월마다 수리가 필요할 수 있습니다.

5. 알루미늄 용융에 내화 점토 벽돌을 사용해도 되나요?
내화 점토 벽돌은 일반적으로 실리카 함량이 높기 때문에 용융 알루미늄과 직접 접촉하는 것은 권장하지 않습니다. 그들은 심각한 화학적 공격과 커런덤 성장에 취약합니다.

6. 새 라이닝을 구워내는 목적은 무엇인가요?
베이킹 아웃은 캐스터블에서 물리적, 화학적으로 결합된 물을 제거합니다. 이 과정이 너무 빠르면 물이 증기로 변하여 안감이 폭발할 수 있습니다. 소재를 소결하여 완전한 강도를 얻습니다.

7. 드로스가 벽에 달라붙는 것을 방지하려면 어떻게 해야 하나요?
습윤 방지 첨가제가 포함된 내화물을 사용하면 도움이 됩니다. 또한 정기적인 기계 청소(교대 근무 시마다)를 통해 드로스가 벽에 영구적으로 부착되는 것을 방지할 수 있습니다.

8. 캐스터블과 플라스틱 내화물의 차이점은 무엇인가요?
캐스터블은 콘크리트와 비슷하며 물과 혼합하여 틀에 부어 만듭니다. 플라스틱 내화물은 딱딱한 점토와 같으며, 에어 해머로 제자리에 두드려서 성형 없이 패치 및 수리에 적합합니다.

9. 플럭스는 내화 라이닝에 어떤 영향을 미치나요?
플럭스에는 드로스의 녹는점을 낮추는 염이 포함되어 있을 뿐만 아니라 내화 결합을 화학적으로 공격하기도 합니다. 플럭스를 과도하게 사용하거나 벽에 직접 플럭스를 바르면 침식이 가속화됩니다.

10. 내화물 뒤에 단열재가 중요한 이유는 무엇인가요?
단열재는 용광로 내부의 열을 유지하여 연료 비용을 절감합니다. 또한 외부 강철 쉘을 시원하게 유지하여 열 스트레스로 인한 뒤틀림이나 고장을 방지합니다.

요약

알루미늄 용융에 적합한 내화 라이닝 재료를 선택하는 것은 주조 작업의 수익성을 좌우하는 결정입니다. 가공업체는 표준 벽돌에서 습윤 방지 기술이 적용된 고급 저시멘트 캐스터블로 전환함으로써 커런덤 성장을 효과적으로 막을 수 있습니다. 이러한 선택은 용광로의 캠페인 수명을 연장하고, 내포물을 줄여 더 깨끗한 금속을 보장하며, 에너지 소비를 줄입니다. 애드테크는 구역을 분석하고, 특정 화학 물질을 선택하고, 완벽한 설치를 실행하는 과학적 접근 방식을 지지합니다. 이 공식은 까다로운 알루미늄 가공 분야에서 탁월한 운영 효율성을 보장합니다.