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℃，但因為鋁及其鋁合金活性高，熔融后與40℃的水的活性度相當(dāng)接近，具有極強滲透性，很容易潤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原因。
①由于鋁水的活性度急具滲透性，使用過程中會滲透進耐火材料中的氣孔或細小裂縫中，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)過程生成的物質(zhì)會使鋁產(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，一般通過機械方法清理，則會對耐火材料造成損壞。
③熔鋁爐在生產(chǎn)過程中加料、扒渣等機械操作，對爐案、爐墻、爐底等進行撞擊，磨損非常嚴重，也是熔鋁爐耐火材料損毀的一個重要原因。
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)該針對以上三個方面來進行解決：
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，也可以加入外加劑，如鋇鹽、鉻鹽等與鋁水反應(yīng)形成保護層，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度，可以有效增加耐火材料的抗磨損、抗機械沖擊的性能。
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。針對熔鋁爐的以上爐襯原因的分析我們研制了熔鋁爐用高強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高鋁礬土作為主要的材質(zhì)。材質(zhì)指標(biāo)見下表1
經(jīng)過我們公司技術(shù)團隊對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)耐火材料時加入與鋁液不潤濕且不會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驗，以特級高鋁礬土為骨料，加適量α-AL2O3超細粉和SiO2超微粉。骨料與細粉的質(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，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，無侵蝕、滲透現(xiàn)象。但由于SiC、uf-Cr2O3價格昂貴，我們最終選擇使用添加BaSO4。
結(jié)論：在加入BaSO4和其它類復(fù)合粉劑后實驗通過了鋁渣的測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證促使了使用壽命上的增長，節(jié)約了維修成本從而保證了生產(chǎn)的正常投用。