隨著鋁熔解爐的不斷大型化和強(qiáng)化冶煉的實(shí)施，對內(nèi)襯耐火材料提出了苛刻的要求，因而迫切需要對熔解爐用耐火材料的性能進(jìn)行改進(jìn)。以控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活潑，它們不但能容易地同耐火材料成分反應(yīng)生成相應(yīng)的氧化物，而且金屬鋁和鋁合金溶液能容易地進(jìn)入耐火材料結(jié)構(gòu)中的氣孔內(nèi)，產(chǎn)生的變質(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(diǎn)低(約750℃)、黏度小(0.104Pa.s)，同20℃水的黏度(0.10Pa.s)相當(dāng)。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，會導(dǎo)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(xué)活性高，會導(dǎo)致耐火材料中的SiO2、R2O、Fe2O3、TiO2被還原。
(3)—些合金元素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(yīng)，由于伴隨體積增加而導(dǎo)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(dǎo)致耐火內(nèi)襯的機(jī)械損壞。
其中，鋁液和鋁合金溶液的滲導(dǎo)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(dāng)鋁液或熔融鋁合金滲進(jìn)入耐火材料結(jié)構(gòu)中的氣孔內(nèi)以后，使之質(zhì)量受到影響，而且導(dǎo)致爐襯變質(zhì)，使被滲區(qū)域變得疏松而很容易被沖擊流所腐蝕，這就會導(dǎo)致耐火材料未被滲部分進(jìn)一步受到化學(xué)侵蝕。
在沒機(jī)械作用清理變化了的耐火材料(被滲部分)的情況下，便會由于熱溫度梯度，而使化學(xué)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(yīng)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)剝落的發(fā)生，這種結(jié)構(gòu)剝落可加快耐火材料的損毀。
從材質(zhì)設(shè)計(jì)方面考慮，向配料中添加能限制滲的組分，如石墨、SiC、Si2ON2、Si3N4、B4C、BN和Al2O3、TiO2等便能大大增加耐火材料抗結(jié)構(gòu)剝落的性能。
通過對剛玉質(zhì)耐火材料顆粒進(jìn)行優(yōu)化以及適量配入非氧化物、選擇好的結(jié)合劑、采用高壓成形，可獲得性能較佳的復(fù)合剛玉質(zhì)耐火材料(制品)。這些復(fù)合剛玉質(zhì)制品用于熔解爐時(shí)，可限制鋁液滲，減少結(jié)構(gòu)剝落損毀，增加耐火材料使用壽命。
現(xiàn)在已經(jīng)得知，通過對耐火材料顆粒分布進(jìn)行優(yōu)化以及微粉的應(yīng)用，制造平均氣孔徑不過0.5μm(不過鋁液滲的臨界氣孔直徑)以及通氣低的耐火材料便能限制鋁液滲。
根據(jù)所熔解的產(chǎn)品和操作條件，認(rèn)為熔解爐內(nèi)襯耐火材料可選用SiO2-Al2O3質(zhì)耐火材料?？紤]到金屬鋁和鋁合金中的合金元素對SiO2有很強(qiáng)的還原能力,因而應(yīng)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(yīng)制造通氣低、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(yīng)。
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