鋁合金熔化爐在使用2年多后，發(fā)現(xiàn)在熔池側(cè)墻上出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的剛玉瘤，特別是鋁液液面、熔池側(cè)墻及爐氣三相( 液、固、氣) 交界處尤為嚴(yán)重。對(duì)剛玉瘤取樣進(jìn)行了檢測(cè)。從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，剛玉瘤中AL2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于爐襯耐火澆注料原有AL2O3的含量，說(shuō)明爐襯耐火材料在使用過(guò)程中確實(shí)發(fā)生了剛玉化過(guò)程。
一、剛玉瘤成因分析
鋁合金中的鋁及合金元素會(huì)與爐襯耐火材料中的Fe2O3、TiO2、Cr2O3 等雜質(zhì)以及游離SiO2 發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng):
4Al + 3SiO2一3Si + 2Al2O3，( 1)
2Mg + SiO2一Si + 2MgO，( 2)
6Al + 3Fe2O3一6Fe + 3Al2O3，( 3)
6Al + 3Cr2O3一6Cr + 3Al2O3，( 4)
3Mg + Fe2O3一2Fe + 3MgO，( 5)
3Mg + Cr2O3一2Cr + 3MgO，( 6)
MgO + Al2O3一MgO·Al2O3 ( 7)
反應(yīng)形成的剛玉相最初形成于爐襯表面，但隨著反應(yīng)的進(jìn)行會(huì)逐漸向爐襯內(nèi)部蔓延，并與耐火材料緊密結(jié)合。反應(yīng)( 1) 、( 2) 會(huì)導(dǎo)致鋁液中增硅，提高鋁液的流動(dòng)性，使鋁液更容易滲入爐襯耐火材料中，從而加劇剛玉相的生成反應(yīng)。反應(yīng)( 7) 為鎂鋁尖晶石形成反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程伴有體積膨脹，會(huì)使?fàn)t襯表面剝落，進(jìn)一步加劇侵蝕過(guò)程。
二、鋁液表面的氧化
在鋁液液面、熔池側(cè)墻及爐氣三相(液、固、氣) 交界處，鋁液因接觸空氣而首先被氧化，形成膨松物。同時(shí)，由于爐襯材料中微小裂紋的存在，液面以下的鋁液會(huì)在毛細(xì)管作用下沿爐墻向膨松物內(nèi)部滲透，再經(jīng)氧化形成剛玉相。這個(gè)過(guò)程持續(xù)進(jìn)行，剛玉相不斷成長(zhǎng)結(jié)瘤，且極易粘附在爐墻上。這種結(jié)瘤如果僅僅粘附在爐襯表面，則較容易清除，但如果蔓延到耐火材料內(nèi)部則很難清除。
三、結(jié)語(yǔ)
鋁合金熔化爐爐襯耐火材料的損毀過(guò)程是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，取決于多方面的原因，歸納起來(lái)有: 機(jī)械沖擊與磨損，鋁及合金元素與耐火材料間的化學(xué)反應(yīng)，爐內(nèi)溫度及壓力超高，助熔劑及清渣劑中鹽類的影響，清渣操作不到位。選擇合適的耐火材料并及時(shí)清渣，是減輕鋁合金熔化爐爐襯耐火材料損毀的最重要因素