當(dāng)今在鋁制品工業(yè)中各種各樣的熔鋁爐不斷的往大型化發(fā)展，也對(duì)耐火材料提出了更為苛刻的要求。熔鋁爐內(nèi)溫度并不高，一般為800~950℃，但因?yàn)殇X及其鋁合金活性高，熔融后與40℃的水的活性度相當(dāng)接近，具有極強(qiáng)滲透性，很容易潤(rùn)濕耐火材料并與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起耐火材料體積變化，產(chǎn)生裂紋并逐步破壞耐火材料。所以熔鋁爐、反射爐坩堝爐等熔煉設(shè)備用耐火材料必須要得到改善才能提高熔煉壽命。
雖然鋁錠或廢鋁熔化后的溫度雖然只有800~900℃，但鋁及其合金中的鎂、硅、錳等都很活潑，很容易與耐火材料中的一些化學(xué)元素發(fā)生反應(yīng)，比如一些合金元素如鎂等有很高的蒸汽壓，其蒸汽比鋁液更容易滲入耐火材料，并且滲入耐火材料后隨之又被氧化，最終導(dǎo)致耐火材料變質(zhì)、結(jié)構(gòu)疏松和損壞。常見(jiàn)的反應(yīng)如下：
AL+SiO2→AL2O3+Si
3Mg+AL2O3→3MgO+2AL
2Mg+O2→2MgO
MgO+AL2O3→MgAL2O4
Fe2O3+2AL→2Fe+AL2O3
所以我們分析了熔鋁爐耐火材料損毀主要有以下三個(gè)原因。
①由于鋁水的活性度急具滲透性，使用過(guò)程中會(huì)滲透進(jìn)耐火材料中的氣孔或細(xì)小裂縫中，造成耐火材料結(jié)構(gòu)逐漸疏松和剝落，最終損毀耐火材料：而且鋁及其合金極易與耐火材料中的雜質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程生成的物質(zhì)會(huì)使鋁產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。
② 鋁液與耐火材料反應(yīng)并黏附到耐火材料上面，形成表面結(jié)瘤、鼓包和沉淀物，不容易清理掉，一般通過(guò)機(jī)械方法清理，則會(huì)對(duì)耐火材料造成損壞。
③熔鋁爐在生產(chǎn)過(guò)程中加料、扒渣等機(jī)械操作，對(duì)爐案、爐墻、爐底等進(jìn)行撞擊，磨損非常嚴(yán)重，也是熔鋁爐耐火材料損毀的一個(gè)重要原因。
從上面可以看出，熔鋁爐用耐火澆注料的使用壽命提高方式主要應(yīng)該針對(duì)以上三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行解決：
①提高耐火材料的致密密度，降低耐火材料的氣孔率。耐火材料自身致密度高，氣孔率低，可以有效防止鋁液及其合金的滲透：
②耐火材料的抗鋁水侵蝕性。耐火材料優(yōu)良的抗鋁水潤(rùn)濕性，可以有效的防止鋁水滲透，阻止鋁水及鋁渣黏附。耐火材料中SiO2及雜質(zhì)極易與鋁液中的AL、Mg發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)引起耐火材料體積變化，使耐火材料形成裂紋，加速鋁水向耐火材料中侵蝕。因此，耐火材料的鋁含量越高，純凈度越高，就降低了與鋁水發(fā)生反應(yīng)的幾率，抗侵蝕性就越好。同時(shí)，也可以加入外加劑，如鋇鹽、鉻鹽等與鋁水反應(yīng)形成保護(hù)層，增加耐火材料的抗侵蝕性：
③耐火材料的耐磨性。耐火材料的耐磨性主要是要提高其強(qiáng)度，可以有效增加耐火材料的抗磨損、抗機(jī)械沖擊的性能。
從以上可以看出，要提高熔鋁爐的爐襯壽命，首先要設(shè)法阻止鋁液的滲入，其次是滲入后如何使之形成致密層和高粘度的玻璃化層，此外還需提高耐火材料的抗磨損和抗熱沖擊性能。針對(duì)熔鋁爐的以上爐襯原因的分析我們研制了熔鋁爐用高強(qiáng)度抗鋁滲透和抗鋁液黏附的澆注料。
抗鋁液滲透澆注料的材質(zhì)選擇，首先應(yīng)從合金及材料的化學(xué)特性考慮，只有使用不受合金及爐渣侵蝕的材質(zhì)才能保證材料具有良好的抗?jié)B透性能：其次還要考慮澆注料的抗磨損和抗熱沖擊性能。
普通的高鋁質(zhì)材料和以SiO為主要成分的材料，由于AL易于SiO2發(fā)生反應(yīng)，不宜作為熔鋁爐用耐火材料，因此我們選著使用特級(jí)高鋁礬土作為主要的材質(zhì)。材質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)下表1
經(jīng)過(guò)我們公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)材料鋁液和耐火材料之間的化學(xué)分析后論證出要減少或阻止熔體滲入耐火材料，可采取在生產(chǎn)耐火材料時(shí)加入與鋁液不潤(rùn)濕且不會(huì)被鋁或鎂還原的耐火組元，如石墨、碳化物、氮化物、氧化鉻、Sialon、BaSO4等按照加入后耐火材料我們做了試樣實(shí)驗(yàn)，以特級(jí)高鋁礬土為骨料，加適量α-AL2O3超細(xì)粉和SiO2超微粉。骨料與細(xì)粉的質(zhì)量比為65：35根據(jù)加入的抗?jié)B透余元不同，制作了5個(gè)試樣：1#（SiC）、2#（uf-Cr2O3）、3#（石墨）、4#（Sialon）5#（BaSO4）.做成φ40mmX40mm的坩堝，加入從鋁顏料廠熔鋁爐內(nèi)取回的冶煉鋁渣，加熱至1100℃，保溫3h，然后將坩堝切開(kāi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)1#、2#和5#試樣經(jīng)1200℃3h熔燒后，坩堝內(nèi)壁光潔，無(wú)侵蝕、滲透現(xiàn)象。但由于SiC、uf-Cr2O3價(jià)格昂貴，我們最終選擇使用添加BaSO4。
結(jié)論：在加入BaSO4和其它類復(fù)合粉劑后實(shí)驗(yàn)通過(guò)了鋁渣的測(cè)試顯示加入后的材料在抗?jié)B透性能上的提高，保證了爐襯濕潤(rùn)后的滲透現(xiàn)象，后又在某大型鋁材加工廠的熔鋁爐上得到了驗(yàn)證促使了使用壽命上的增長(zhǎng)，節(jié)約了維修成本從而保證了生產(chǎn)的正常投用。