熔炼炉耐火材料内衬损坏的影响因素还有熔池设计、砌筑材料、熔池内的冶金反应、烘炉曲线、操作、清炉及机械损伤等。如何延长炉衬耐火材料使用寿命？

1 抬包内电解铝液预处理

通常, 铝电解槽生产的铝液吸入真空抬包后, 运送至熔铸车间直接转注进入熔铝炉配料熔炼铝合金。采用这种方式, 将电解铝液中所包含的碱金属Na和K几乎全部转移到熔铝炉中。为了避免这种情况的发生, 对于使用电解铝液直接进行铝合金熔铸的车间, 建议在电解铝液进入熔铸车间转入熔炼炉之前, 在抬包内对电解铝液进行除碱处理。除碱装置的原理如图1所示。预处理所使用的材料是氟化铝。采用这种装置, 可以实现90%的除钠和除钾效率, 将电解铝液中的Na含量控制在小于或等于1×10-6~2×10-6。

2 用纯金属和中间合金代替金属添加剂

鉴于金属添加剂使用过程中对炉衬的不利影响, 建议在合金熔体合金化处理过程中, 以纯金属或中间合金代替金属添加剂。对于熔点较低的合金元素, 拟采用纯金属为宜, 而对于高熔点或难溶的合金元素, 则拟采用铝基中间合金。这样不仅可以减少Na、K元素的摄入, 而且可以提高合金化元素含量的准确性和实收率。

3 采用氟化铝或四氯化碳进行铝熔体精炼

建议在炉内合金熔体精炼时, 不采用含有Na和K的盐类进行精炼, 而采用氟化铝。这样不仅可以保证精炼效果, 而且避免了精炼过程中Na和K进入熔体, 对炉衬造成严重侵蚀。为了避免“钠脆性”的产生, 对于Mg含量超过2.7%的高镁合金, 更应如此。

在铝合金熔炼过程中, 使用六氯乙烷 (固体粉状) 或四氯化碳 (液体) 作为精炼剂, 不仅可以避免Na和K对炉衬材料的侵蚀, 而且可以取得优良的精炼效果。其原理是, 六氯乙烷或四氯化碳在高温下分解产生Cl2, 在熔体中发生一系列反应, 生成不溶于铝液的气体, 不仅可以与熔体中的Na、K等碱 (土) 金属元素反应, 而且所形成的气泡可以以分压压差原理吸附溶解氢, 并在气泡上浮过程中携带熔体中的各种夹杂至熔体表面而除去。

当然, 由于在精炼过程中有Cl2产生, 而Cl2对操作人员和设备均有一定的危害。因此, 这种精炼方式要求熔炼炉、保温炉的密闭程度完好, 且应装备有高效率的净化除尘装置, 使精炼过程中产生的有害Cl2、HCl气体通过净化装置得到净化并排除。

4 采用无钠、无钾、无钙的覆盖剂和清渣剂

目前, 在生产易拉罐轧制坯料、高镁合金等材料时, 为避免Na、Ca等元素对合金铸造性能和加工性能的不利影响, 通常要求熔铸坯料中的Na、Ca含量低于3×10-6。为了保证碱金属和碱土金属含量, 除了采用以高纯氩气 (氮气) 为载体将四氯化碳 (六氯乙烷) 通入铝合金溶体精炼外, 还采用无钠无钙覆盖剂对熔体进行覆盖, 以防熔体的氧化和吸氢。

在铝合金熔铸生产中, 碱金属元素Na、K和碱土金属元素Mg对熔铝炉耐火材料内衬的侵蚀影响了熔铝炉内衬的使用寿命和运行状况, 对熔铸产品质量和生产成本带来一定的影响。

随着铝加工市场的发展, 用户对铝加工产品质量和性能的要求越来越严格。而合金中的Na和K除了对炉衬寿命有严重影响外, 对合金的铸造性能和力学性能都有不良影响。因此, 在铝合金熔铸中, 特别是利用电解铝液熔铸铝合金产品的短流程生产工艺中, 应尽量通过实施对电解铝液的预精炼, 去除电解铝液中的碱金属和碱土金属元素;应尽量选择使用无钠、无钾和无钙的精炼剂、覆盖剂和清渣剂, 防止合金熔炼与精炼过程中碱金属和碱土金属元素的摄入。只有这样才能够在延长熔炼炉内衬使用寿命的基础上, 以优良的产品质量在激烈竞争的铝加工市场上占有一席之地, 为企业争取更好的经济效益。