鋁熔煉爐的使用溫度是700～800 ℃。750 ℃時(shí)鋁液粘度為0. 104 Pa·s,與20 ℃時(shí)水的粘度( 0. 1 Pa·s)很接近，具有極強(qiáng)的滲透性。另外，鋁是很活潑的金屬，容易與高鋁磚中的SiO2等成分反應(yīng)，造成高鋁磚的損毀。其反應(yīng)如下 :
3SiO2 ( s) + 4A l( l) = 2A l2O3 ( s) + 3Si
Mg( l) + 2A l( l) + 2SiO2 ( s) =MgO·A l2O3 ( s) + 2Si
反應(yīng)改變了熔鋁爐高鋁磚的組成，引起的體積變化加速了鋁液向內(nèi)襯內(nèi)部的滲透和反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)生成的Si等物質(zhì)也污染了鋁液。所以，對(duì)比剖析鋁熔煉爐用高鋁磚的抗侵蝕性 ,對(duì)開發(fā)我國(guó)先進(jìn)的鋁熔煉爐用高鋁磚具有重要意義。
一：試驗(yàn)選樣
試驗(yàn)采用了河南新密某公司生產(chǎn)的80特級(jí)高鋁磚和登封地區(qū)某公司生產(chǎn)的80特級(jí)高鋁磚。它們的化學(xué)組成見表1。
從表1來(lái)看登封地區(qū)的80特級(jí)高鋁磚A l2O3含量大于新密地區(qū)的特級(jí)高鋁磚，SiO2含量小于新密地區(qū)的的。對(duì)新密地區(qū)、登封地區(qū)高鋁磚做物理性能檢測(cè) ,見表2發(fā)現(xiàn)試樣的體積密度和加熱永久線變化率相近 ,但AL2O3含量高的登封高鋁磚的顯氣孔率大于新密地區(qū)生產(chǎn)的高鋁磚 ,耐壓強(qiáng)度也明顯低于新密地區(qū)磚的。
2 試驗(yàn)過(guò)程
取新密、登封兩個(gè)地區(qū)直形磚 ( 230 mm)各一塊，用磚鋸在其上開槽，并鑿出一個(gè)最大深度 32 mm的弧形凹槽，將試樣放到呈氧化性氣氛的爐子里，以每小時(shí) 140 ℃的速度將爐溫升 至 815 ℃。用碳化硅坩堝將鋁合金熔化加熱至 815 ℃，將815℃熔融的鋁合金熔液用勺子舀入815 ℃磚的磚槽中金屬液面要在磚的頂面下約3 mm，然后在815 ℃的爐溫下保溫72h。在最初的3 h內(nèi)，每隔 0. 5 h,用耙子扒去在鋁液和高鋁磚界面上形成的氧化物薄膜，扒渣時(shí)要小心，不要把鋁液濺到槽外或上沿。耙子用鋼制作，表面涂以石墨、氮化硼或其他防護(hù)層。72 h后 ,將鋁液表面形成的氧化物清除 ,取部分鋁液試樣進(jìn)行化學(xué)分析 ,剩余鋁液倒掉 ,并將磚槽用纖維擦干凈。然后 ,磚槽在空氣中冷卻 ,沿短軸縱向中心線切開 ,觀察金屬的侵蝕和滲透情況。對(duì)比初始鋁液和試驗(yàn)后鋁液的化學(xué)組成 ,判定鋁液對(duì)磚槽中硅、鐵的溶解性。
3 結(jié)果與討論
對(duì)試驗(yàn)后鋁液的化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)新密地區(qū)高鋁磚中鋁液的Si含量增加0.12% Fe減少了0.01%登封地區(qū)高鋁磚中Si增加了3. 112%、Fe增加了0. 05%。可見，鋁液與登封地區(qū)高鋁磚的反應(yīng)程度大于新密地區(qū)高鋁磚的反應(yīng)。
從理化性能上看，新密地區(qū)高鋁磚、登封地區(qū)高鋁磚指標(biāo)相差并不是太大，甚至作為與鋁液反應(yīng)的主要物質(zhì)SiO2，登封地區(qū)高鋁磚的含量小于新密地區(qū)的含量，這說(shuō)明SiO2量的多少不完全決定最終鋁液中Si的量，它不是影響抗侵蝕性的主要因素。因此又結(jié)合兩個(gè)地區(qū)高鋁磚顯氣孔率和耐壓強(qiáng)度具有明顯差異的情況 ,對(duì)兩個(gè)地區(qū)高鋁磚做了孔徑分析可看出，新密地區(qū)高鋁磚中孔徑在0. 1～10μm 之間的約占總氣孔的76% ,登封地區(qū)高鋁磚中的占45%。新密地區(qū)磚中> 10μm的氣孔大約占總氣孔的 21% ,登封地區(qū)磚的大約占43%。可見新密地區(qū)磚中有大量的微細(xì)氣孔，降低了磚的試樣斷面形貌而登封地區(qū)高鋁磚由于氣孔較大，鋁液容易滲入磚的內(nèi)部，因此造成磚的侵蝕較為嚴(yán)重。
對(duì)新密地區(qū)高鋁磚做顯微結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)顆粒為特級(jí)礬土，基質(zhì)以礬土細(xì)粉為主結(jié)合相為網(wǎng)絡(luò)狀莫來(lái)石，內(nèi)部充滿白色含Ba、P物質(zhì)，基質(zhì)中礬土細(xì)粉邊緣與 Ba、P反應(yīng)：顆粒與基質(zhì)間結(jié)合良好。對(duì)Ba化合物的存在，分析認(rèn)為是在耐火材料中起到抗?jié)櫇駝┑淖饔谩Ｓ捎贐a化合物不與鋁液潤(rùn)濕耐火材料和液態(tài)鋁的潤(rùn)濕也就不會(huì)發(fā)生，這樣就防止了鋁液向磚的滲透，SiO2的還原反應(yīng)也就不會(huì)發(fā)生。