多年來，許多研究人員和工廠技術(shù)人員對(duì)鋁熔煉爐內(nèi)襯破損機(jī)理進(jìn)行了大量的研究、分析與探討，取得了大量成果。其中有從熔化爐熔池剛玉瘤的成因入手，認(rèn)為爐襯破損主要是鋁與爐襯之間的侵蝕反應(yīng)所致，即主要成分為Al2O3、MgAl2O4、Al 及少量 Si 組成的剛玉礦化物（俗稱剛玉瘤）的形成，引起了耐火材料內(nèi)襯的體積膨脹，并不斷向爐襯內(nèi)部擴(kuò)展，使?fàn)t襯裂紋加劇，造成惡性循環(huán)。嚴(yán)重時(shí)造成熔煉爐爐體鋼結(jié)構(gòu)變形，加速爐子報(bào)廢。

也有對(duì)鋁熔煉爐用耐火材料的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行了分析研究，指出Na、K、Si等進(jìn)入鋁液，會(huì)降低鋁液的熔點(diǎn)與粘度，從而促使鋁液向耐火材料滲透，對(duì)耐火材料內(nèi)襯造成損害。還有研究了利用新型耐火材料提高鋁熔煉爐使用壽命，并從渣腐蝕作用、溫差劇烈變化作用、氣相沉積作用以及機(jī)械沖擊與磨損作用等方面分析了對(duì)爐襯壽命的影響。但是，縱觀眾多研究，雖然偶爾也有提到Na對(duì)爐襯耐火材料的影響，但均沒有作為重點(diǎn)加以論述。

由于堿金屬和堿土金屬的存在，會(huì)對(duì)熔鋁爐耐火材料內(nèi)襯造成嚴(yán)重的侵蝕。以下將重點(diǎn)分析堿金屬和堿土金屬元素對(duì)熔鋁爐耐火材料內(nèi)襯的腐蝕機(jī)理。

一、堿土金屬M(fèi)g對(duì)耐火材料內(nèi)襯的侵蝕

熔劑與合金中的Mg組元是熔煉爐熔池中堿土金屬M(fèi)g的主要來源。Mg的化學(xué)活性很高，對(duì)耐火材料中的SiO2、Fe2O3等有很強(qiáng)的還原能力，可以通過以下反應(yīng)形成對(duì)內(nèi)襯的侵蝕：

3Mg + Al2O3 → 3MgO + 2Al （1）

3Mg + Fe2O3 → 3MgO + 2Fe （2）

2Mg + SiO2 → 2MgO + Si （3）

此外，Mg有很高的蒸汽壓，使蒸汽比Al更容易沿著耐火材料的微觀通道滲入耐火材料，并與內(nèi)襯中的組分Al2O3、SiO2和Fe2O3發(fā)生反應(yīng)，侵蝕爐襯。 此外，Mg元素從爐襯中置換出的Fe和Si也將會(huì)對(duì)合金熔體造成污染，影響合金化學(xué)成分的準(zhǔn)確性。

MgO（g）+ O2 → 2MgO （4）

2MgO + Al2O3 → MgAl2O （5）

由此可以看出，在熔煉鋁合金時(shí)，將會(huì)對(duì)爐襯產(chǎn)生很嚴(yán)重的侵蝕。

二、堿金屬Na和K對(duì)耐火材料內(nèi)襯的侵蝕

Na和 K的來源主要有以下幾個(gè)方面：電解鋁液、重熔鋁錠以及鋁熔體熔煉、精煉和覆蓋過程中所使用的精煉劑、覆蓋劑和清渣劑等。據(jù)報(bào)道，重熔鋁錠中的 Na 含量約為 30×10-6，電解鋁液中的Na含量比重熔鋁錠高通常在40×10-6～50×10-6 范圍內(nèi)。合金添加劑中的助熔劑、鋁合金精煉劑、覆蓋劑及打渣劑的主要成分均為堿金屬和堿土金屬的氯鹽、氟鹽 （NaCl、KCl、NaF、KF，等），也是 Na和K的重要來源。它們都會(huì)對(duì)耐火材料壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響Na和 K的沸點(diǎn)極低，分別為882.9℃和760℃。在鋁合金熔煉過程中，熔鋁爐的爐膛工作溫度高達(dá)800～1000℃，最高可達(dá)1200℃。在這個(gè)溫度范圍，溶解于鋁熔體中的堿金屬和堿土金屬 Na、K、Mg部分蒸發(fā)形成Mg、Na、K蒸汽。如此，在熔 煉爐爐膛內(nèi)就會(huì)存在許多CO2、CO、Na （氣）、K （氣） 和Mg （氣），這些氣體和蒸汽通過耐火材料的微觀通道向其內(nèi)部滲透，并與耐火材料組織產(chǎn)生反應(yīng)，形成新的膨脹相，如鉀霞石（含鉀）和霞石（含鈉），兩者都會(huì)對(duì)耐火材料結(jié)構(gòu)造成損害，加速耐火材料內(nèi)襯的失效。