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铝合金熔液对耐火材料的侵蚀研究进展

发布日期： 2020-03-03 10:30:53 阅读量（515）作者：张红

铝合金熔炼炉工作时，(6063#)铸造温度为720-740℃，燃烧室部位最高温度约为1200℃，在750℃下金属铝熔液的粘度为0.104Pa·s，与20℃时水的粘度0.1Pa·s接近，因而对炉衬材料具有极强的润湿性和渗透性。铝是比较活泼的金属，容易与耐火材料中的SiO2反应生成Si和Al2O3，伴随体积收缩，造成耐火材料开裂损毁。某些合金元素，如Mg(沸点1107℃)在高温下变成蒸气，容易渗入到材料气孔内并与耐火材料中的SiO2或Al2O3反应，生成MgO和Si或镁铝尖晶石和Al，并伴随体积变化分别为-57%、+17%。生成的单质Si会污染铝液，导致合金成分改变，铝液中Si的增加会造成铝熔点降低，当金属铝中Si含量为11.7%时，铝熔点由660℃降到557℃，从而加速铝合金熔液向耐火材料的渗透。

铝合金熔液对耐火材料的侵蚀研究进展如下所示：

JingguoGao等研究发现，熔铝炉用耐火材料使用过程中，金属液线以下耐材和铝液发生反应，金属液线上方生长刚玉。从耐材与铝合金液接触到侵蚀发生前存在一个时间段，称为“孕育期”，孕育时间随材料中SiO2含量的增加而减少。当SiO2含量超过20%以后，孕育时间不再发生明显减少。

张路宁等对铝合金熔化炉金属液线附近刚玉瘤的成因进行了研究，结果发现：刚玉瘤中Al2O3的质量分数为94%，远高于原浇注料中的61%;铝及其合金元素与耐火材料间的化学反应、金属液线周围的氧化反应、炉内温度过高是刚玉瘤形成的原因;而助熔剂或清渣剂的加入，加速了铝合金熔液对炉衬的渗透。

张丽丽在其论文中提到，铝熔炼过程中含氟覆盖剂的使用可能是一个错误的选择，加入含氟覆盖剂后不仅促进铝的氧化，而且还会导致粘附或吸收氟化物后的耐火衬成为铝氧化的温床并发育长大。Na3AlF6(冰晶石)中最高可溶入12%的Al2O3，并形成低熔点相，因此，只要加入Na3AlF6必然会和表面形成的Al2O3膜发生反应形成化合物，从而改变Al2O3膜的特性，使原来具有优异屏蔽性能、可防止铝液继续氧化的α-Al2O3膜失效。

ClaudeAllaire等研究了碱金属氧化物和还原气氛对耐火材料抗铝液侵蚀性能的影响。研究表明，高温下铝合金与耐火材料发生反应导致耐火材料表面生成一层Al2O3，当有碱金属和还原气氛存在下，Al2O3和碱金属氧化物反应生成偏铝酸钠，加剧了耐火材料被铝合金液侵蚀的程度，还原气氛下反应的动力学增加，伴随体积膨胀，促进裂纹的形成。此外，当采用AlF3作抗润湿剂时，碱性氧化物的存在会促进耐材中β-Al2O3的形成，加剧铝液对耐材的侵蚀。

延长熔铝炉用Al2O3-SiO2系耐火材料的寿命，应该做到以下几点：

(1)炉子运转时维持非还原性气氛;

(2)控制碱金属杂质的引入;

(3)使用不含β-Al2O3的材料。