铝合金熔化炉熔池内衬刚玉瘤成因及对策

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1、2)美国联合矿产(天津)有限公司天津300459摘要铝合金熔化炉熔池内衬刚玉瘤的形成与扩展是熔池内衬耐火材料破损的重要原因。铝合金熔化炉熔池内衬耐火浇注料和刚玉瘤的化学分析结果显示，刚玉瘤中Al2O3的质量分数为94%，远高于原浇注料的61．0%。分析认为，铝及其合金元素与耐火材料间的化学反应，铝液液面的氧化反应，炉内温度过高是刚玉瘤形成的原因，而且冶炼过程中加入的助熔剂或清渣剂加速了对内衬耐火材料的渗透。据此提出了降低刚玉瘤形成及减轻内衬损毁的对策。关键词铝合金，熔化炉，熔池，耐火浇注料，刚玉瘤铝熔化炉炉衬膨胀破损机制主要是

2、侵蚀反应，即刚玉化矿物相(俗称刚玉瘤)的生成，其主要成分为Al2O3、MgAl2O4、Al及少量Si等。这种坚硬的暗灰色的瘤状生成物，不仅引起炉子容积减小，而且还引起耐火材料体积膨胀，并不断向炉衬内部扩展，使炉衬裂纹加剧，造成恶性循环;图1示出了刚玉瘤对铝合金熔化炉熔池侧墙的破坏情况。图2炉体金属结构变形情况Fig．2Deformationoffurnacemetalstructure熔池侧墙及炉气三相(液、固、气)交界处尤为严重对刚玉瘤取样进行了检测。该部位原炉衬耐火浇注料和刚玉瘤的化学组成见表1，刚玉瘤试样的XRD图谱见图

3、3。表1熔池炉衬材料和刚玉瘤的化学组成(w)Table1Chemicalcompositionsoffurnaceliningmaterialin图1刚玉瘤对铝合金熔化炉熔池侧墙的破坏情况Fig．1Damagestatusofcorundumskullonsidewallofmelt-ingpoolinAlalloysmeltingfurnace刚玉瘤形成严重时还会使炉体金属结构变形(如图2所示)，大大降低熔化炉的使用寿命。有关铝合金熔化炉炉衬损毁机制方面的研究报道较少。本工作中，对这一问题进行了研究，并提出了相应的对策。me

4、ltingpoolandcorundumskull%Al2O3SiO2TiO2K2O试样CaOMgOFeO其他炉衬材料61．034．14．51．70．71．40．10．90．10．3刚玉瘤940．40．2从以上检测结果来看，刚玉瘤中Al2O3的质量分数为94%，远远高于炉衬耐火浇注料原有Al2O3的含量，说明炉衬耐火材料在使用过程中确实发生了刚玉化过程。1刚玉瘤的化学矿物组成某铝合金熔化炉在使用2年多后，发现在熔池侧张路宁:男，1957年生，硕士，副教授。E-mail:zln@neu-sanken．com收稿日期:2011－0

5、5－05*墙上出现了较为严重的刚玉瘤，特别是铝液液面、编辑:黄卫国甚至更高。研究表明，刚玉瘤生长速度与温度有很大关系，会随着温度的提高而加速生成，如图5所示。图3刚玉瘤的XRD图谱Fig．3XRDpatternofcorundumskull2刚玉瘤成因分析2．1铝及合金元素与耐火材料间的化学反应铝合金中的铝及合金元素会与炉衬耐火材料中的Fe2O3、TiO2、Cr2O3等杂质以及游离SiO2发生以下化学反应:4Al+3SiO23Si+2Al2O3，2Mg+SiO2Si+2MgO，6Al+3Fe2O36Fe+3A

6、l2O3，6Al+3Cr2O36Cr+3Al2O3，3Mg+Fe2O32Fe+3MgO，3Mg+Cr2O32Cr+3MgO，MgO+Al2O3MgO·Al2O3。(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)氟和碱金属的作用对另一台铝合金熔化炉中受损的内衬耐火材料取样进行了化学分析，结果见表2。钠、钾和氟元素来源于日常操作中加入的助熔剂或清渣剂，它们与耐火材料发生化学反应，形成六氟酸钠和六氟酸钾或者氟硅酸钠和氟硅酸钾，反应过程是一个体积膨胀过程。同时，氟盐的熔点极低，在炉内正常工作温度下将加速对耐火材料的渗

7、透。表2受损耐火材料的组成(w)2．4反应形成的刚玉相最初形成于炉衬表面，但随着反应的进行会逐渐向炉衬内部蔓延，并与耐火材料紧密结合。反应(1)、(2)会导致铝液中增硅，提高铝液的流动性，使铝液更容易渗入炉衬耐火材料中，从而加剧刚玉相的生成反应。反应(7)为镁铝尖晶石形成反应，反应过程伴有体积膨胀，会使炉衬表面剥落，进一步加剧侵蚀过程。2．2铝液表面的氧化在铝液液面、熔池侧墙及炉气三相(液、固、气)交界处，铝液因接触空气而首先被氧化，形成膨松物。同时，由于炉衬材料中微小裂纹的存在，液面以下的铝液会在毛细管作用下沿炉墙向膨松物内

8、部渗透，再经氧化形成刚玉相。这个过程持续进行，刚玉相不断成长结瘤，且极易粘附在炉墙上。这种结瘤如果仅仅粘附在炉衬表面，则较容易清除，但如果蔓延到耐火材料内部则很难清除。刚玉瘤的形成示意图如图4所示。Table2Compositionsofdamagedrefractories