詳解鋁熔解爐用耐火材料

常用鋁和鋁合金熔化爐(簡稱熔解爐，下同)主要有反射爐、坩堝爐和感應爐。我國目前鋁加工行業(yè)用的熔解爐主要是反射爐，因其具有容量大、熱效率高、操作容易等優(yōu)點。

隨著鋁熔解爐的不斷大型化和強化冶煉的實施，對內(nèi)襯耐火材料提出了更加苛刻的要求，因而迫切需要對熔解爐用耐火材料的性能進行改進。以抑制材料的損毀和對鋁液的污染。

雖然鋁熔解爐的操作溫度只有800〜1000℃，比鋼鐵冶煉的溫度低得多，但因金屬鋁以及鋁中合金元素非常活潑，它們不僅能極容易地同耐火材料成分反應生成相應的氧化物，而且金屬鋁和鋁合金溶液能極容易地滲透進入耐火材料結(jié)構(gòu)中的氣孔內(nèi)，產(chǎn)生特殊的變質(zhì)層，在溫度變動的條件下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落，造成耐火材料過快損毀。

鋁熔解爐用耐火材料損毀的原因有：

(1)金屬鋁熔點低(約750℃)、黏度小(僅0.104Pa•s)，同20℃水的黏度(0.10Pa•s)相當。這表明金屬鋁液和熔融鋁合金容易向耐火材料結(jié)構(gòu)中的氣孔內(nèi)滲透，會導致耐火材料的結(jié)構(gòu)剝落，加快其損毀。

(2)金屬鋁和鋁合金元素的化學活性高，會導致耐火材料中的SiO2、R2O、Fe2O3、TiO2被還原.

(3)—些合金元素特別是Mg等高蒸氣壓元素容易滲入耐火材料氣孔內(nèi)并發(fā)生反應,由于伴隨體積增加而導致耐火材料疏松和破壞。

(4)清理爐襯表面結(jié)瘤和沉積雜物而導致耐火內(nèi)襯的機械損壞。

其中，鋁液和鋁合金溶液的滲透導致耐火材料結(jié)構(gòu)剝落是鋁熔解爐內(nèi)耐火材料過快損壞的主要原因。當鋁液或熔融鋁合金滲透進入耐火材料結(jié)構(gòu)中的氣孔內(nèi)以后，不僅使之質(zhì)量受到影響，而且導致爐襯變質(zhì)，使被滲透區(qū)域變得非常疏松而很容易被沖擊流所腐蝕，這就會導致耐火材料未被滲透部分進一步受到化學侵蝕。

在沒有機械作用清除變化了的耐火材料(被滲透部分)的情況下，便會由于熱溫度梯度，而使化學侵蝕變慢并停止。但由于原質(zhì)層和變質(zhì)層的膨脹系數(shù)和彈性模量等不同，在溫度變動的情況下，在熱應力的作用下就會產(chǎn)生同加熱面平行的裂紋。在多次熱循環(huán)中，便會導致結(jié)構(gòu)剝落的發(fā)生，這種結(jié)構(gòu)剝落即可顯著地加快耐火材料的損毀。

從材質(zhì)設計方面考慮，向配料中添加能有效限制滲透的組分，如石墨、SiC、Si2ON2、Si3N4、B4C、BN、9A12O3•2B2O3和Al2O3•TiO2等便能大大提高耐火材料抗結(jié)構(gòu)剝落的性能。

通過對剛玉質(zhì)耐火材料顆粒進行優(yōu)化以及適量配入非氧化物、選擇高質(zhì)量結(jié)合劑、采用高壓成形，可獲得性能較佳的復合剛玉質(zhì)耐火材料(制品)。這些高性能復合剛玉質(zhì)制品用于熔解爐時，可限制鋁液滲透，減少結(jié)構(gòu)剝落損毀，提高耐火材料使用壽命。

現(xiàn)在已經(jīng)得知，通過對耐火材料顆粒分布進行優(yōu)化以及微粉的應用，制造平均氣孔徑不超過0.5μm(不超過鋁液滲透的臨界氣孔直徑)以及透氣度低的耐火材料便能限制鋁液滲透。

根據(jù)所熔解的產(chǎn)品和操作條件，認為熔解爐內(nèi)襯耐火材料可選用SiO2-Al2O3質(zhì)耐火材料。考慮到金屬鋁和鋁合金中的合金元素對SiO2有很強的還原能力,因而應選用Al2O3含量高的SiO2-Al2O3質(zhì)耐火材料(如鋁礬土質(zhì)耐火材料和剛玉質(zhì)耐火材料)。在組織結(jié)構(gòu)上，應制造透氣度低、氣孔直徑小于0.5μm的高鋁質(zhì)耐火材料，即能與熔解爐的使用條件相適應。

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