关于铝熔炉炉壁破损的主要原因

数年来，很多科研人员和工厂技术员对铝熔炼炉内衬破损机理进行了大量的的科研、解析与讨论，获得了大量的成效。当中有从熔化炉熔池刚玉瘤的原因着手，提出炉衬破损主要是铝与炉衬之间的侵蚀反应所导致的，即主要成分为Al2O3、MgAl2O4、Al及少量Si组成的刚玉矿化物（又称刚玉瘤）的产生，导致了耐火材料内衬的体积膨胀，并持续向炉衬内部扩展，使炉衬裂痕加剧，导致恶性循环。比较严重时导致熔炼炉炉体钢结构变形，加快炉子报废。

也有对铝熔炼炉用耐火材料的现状分析和发展进行了解析科研，提出Na、K、Si等进入到铝液，会减少铝液的熔点与黏度，进而促使铝液向耐火材料渗透，对耐火材料内衬导致危害。也有科研了使用新型耐火材料提高铝熔炼炉使用期限，并从渣腐蚀功能、温度差强烈变化功能、气相沉积作用和机械冲击与损坏功能等方面解析了对炉衬寿命的影响。但是，纵观众多科研，虽然偶尔也有提到Na对炉衬耐火材料的影响，但均没有作为重点加以论述。

鉴于碱金属和碱土金属的普遍存在，会对熔铝炉耐火材料内衬导致比较严重的侵蚀。下面将重点解析碱金属和碱土金属元素对熔铝炉耐火材料内衬的腐蚀机理。

一、碱土金属Mg对耐火材料内衬的侵蚀

熔剂与合金中的Mg组元是熔炼炉熔池中碱土金属Mg的主要来源。Mg的化学活性很高，对耐火材料中的SiO2、Fe2O3等有很强的还原能力，可以通过下面反应产生对内衬的侵蚀：

3Mg+Al2O3→3MgO+2Al（1）

3Mg+Fe2O3→3MgO+2Fe（2）

2Mg+SiO2→2MgO+Si（3）

此外，Mg有很高的蒸汽压，使蒸汽比Al更容易沿着耐火材料的微观通道渗入耐火材料，并与内衬中的组分Al2O3、SiO2和Fe2O3发生反应，侵蚀炉衬。此外，Mg元素从炉衬中置换出的Fe和Si也将会对合金熔体导致污染，影响合金化学成分的准确性。

MgO（g）+O2→2MgO（4）

2MgO+Al2O3→MgAl2O（5）

由此可以看出，在熔炼铝合金时，将会对炉衬产生很严重的侵蚀。

二、碱金属Na和K对耐火材料内衬的侵蚀

Na和K的来源主要有下面几个方面：电解铝液、重熔铝锭和铝熔体熔炼、精炼和覆盖过程中所使用的精炼剂、覆盖剂和清渣剂等。据报道，重熔铝锭中的Na含量约为30×10-6，电解铝液中的Na含量比重熔铝锭高通常在40×10-6～50×10--6 范围内。合金添加剂中的助熔剂、铝合金精炼剂、覆盖剂及打渣剂的主要成分均为碱金属和碱土金属的氯盐、氟盐 （NaCl、KCl、NaF、KF，等），也是 Na和K的重要来源。它们都会对耐火材料寿命产生严重影响Na和 K的沸点极低，分别为882.9℃和760℃。在铝合金熔炼过程中，熔铝炉的炉膛工作温度高达800～1000℃，最高可达1200℃。在这个温度范围，溶解于铝熔体中的碱金属和碱土金属 Na、K、Mg部分蒸发形成Mg、Na、K蒸汽。如此，在熔 炼炉炉膛内就会存在许多CO2、CO、Na （气）、K （气） 和Mg （气），这些气体和蒸汽通过耐火材料的微观通道向其内部渗透，并与耐火材料组织产生反应，形成新的膨胀相，如钾霞石（含钾）和霞石（含钠），两者都会对耐火材料结构造成损害，加速耐火材料内衬的失效。