美國凱撒化學(xué)公司研究部，對耐火材料與鋁液的反應(yīng)進行了研究，認為耐火磚與鋁的反應(yīng)，隨著Al2O3含量增加而減小。在同樣的操作條件下，一塊含42％Al2O3的磚，在一年中將消耗3.4Kg鋁液；而同樣規(guī)格含90％Al2O3的磚，只消耗1.18kg(2.6lb)鋁液。但在粘土結(jié)合的耐火材料中，Al2O3含量直到90％，反應(yīng)仍然相當(dāng)快。試驗證明，用磷酸鹽結(jié)合的高Al2O3磚，比粘土結(jié)合的同樣磚更能抵抗化學(xué)侵蝕，但對熱沖擊更敏感。認為含90％Al2O3的磚，對鋁的侵蝕、熱沖擊和機械損傷具有最大的抵抗力，適于冷料裝爐。

　　根據(jù)實驗和生產(chǎn)實踐來看，鋁液與爐襯耐火材料反應(yīng)的結(jié)果，不僅使鋁的純度降低，而且也降低了鋁的純潔度，同時還使?fàn)t襯材料受到鋁液的侵蝕。當(dāng)爐襯采用耐火粘土磚時，使用后爐壁上總是粘附著一層黑硬結(jié)痂，耐火磚接觸鋁液的一側(cè)被剝蝕一層。曾觀察到一臺使用2.55年的混合爐，耐火磚被剝蝕的深度達15～20mm，有的地方深達25mm。清爐操作也比較困難。當(dāng)爐襯采用鎂磚時，生產(chǎn)中爐內(nèi)壁上很潔凈，沒有結(jié)痂，其磚縫清晰可見。鎂磚耐急冷急熱性能差些，對于連續(xù)生產(chǎn)的過程來說，可以減輕這一缺點的影響。

　　在實際生產(chǎn)中，鋁液在爐內(nèi)要存留較長的時間。為了保證鋁的質(zhì)量，延長鋁熔煉爐的使用壽命，減輕生產(chǎn)操作的勞動強度，合理選擇爐襯材料是很有必要的。我國新建的鋁廠，都采用高鋁磚代替以往的耐火粘土磚做混合爐熔池部分的內(nèi)襯材料。但是，高鋁磚中Al2O3最高含量不超過75％。從提高鋁及其合金的熔煉質(zhì)量來看，如研制出工藝上合理、經(jīng)濟上更為合適的鋁熔煉爐內(nèi)襯材料，將會帶來更大的經(jīng)濟效益。

　　曾有專家對鋁合金熔化爐、靜置爐的內(nèi)襯進行了詳細的研究。采用二級粘土耐火磚的20～40t容量的二次鋁熔煉爐使用壽命為1.5～2年。使用后其磚具有區(qū)域性組織：工作區(qū)、過渡區(qū)和變化甚小區(qū)。

　　工作區(qū)與變化甚小區(qū)的線膨脹系數(shù)顯著不同，從而造成內(nèi)應(yīng)力，降低磚的熱穩(wěn)性。因為在含有氧化硅相的粘土磚中氧化硅按下述反應(yīng)被還原：

3SiO2+4Al→2Al2O3+3Si(1)

3(3Al2O3·2Si02)+8A1→13Al2O3+6Si(2)

故工作區(qū)內(nèi)原有相全部或部分被消除，代之以高耐熱性的新生成物——剛玉、尖晶石和硅。沿工作區(qū)形成了平行于表面的大到1mm的裂紋，促成缺口而破壞。爐底磚在起變化的區(qū)內(nèi)產(chǎn)生微裂紋，在鋁液靜壓力作用下合金組分極易沿此微裂紋滲入界面，加速反應(yīng)式(1)和反應(yīng)式(2)的反應(yīng)，形成吸收金屬約16％的很厚工作區(qū)。改用大于98％Al2O3的剛玉磚作爐底和金屬液面下爐壁的襯里，在2年使用期間觀察，未發(fā)現(xiàn)剛玉磚發(fā)生可見的變化。在靜置爐中使用13個月后，未發(fā)現(xiàn)相互作用的痕跡，磚尺寸未變，質(zhì)量增加600g，開孔度2.9％。X射線分析表明，磚的所有區(qū)都有Al2O3和A1存在，但剛玉顆粒不與鋁相互作用。在大于0.1mm的所有孔隙中滲進鋁，較小孔隙中部分滲入。經(jīng)計算，1m2剛玉一年吸收15kg鋁，約為粘土磚的1／2。認為用剛玉磚作爐襯，能增加爐子使用壽命，減少合金被硅污染，使用中熔池容積不變，減少了金屬在磚砌體中的損失。粘土耐火磚的主要成分是莫來石(3Al2O3·2SiO2)和方英石(SiO2)，它同熔融鋁會發(fā)生反應(yīng)式(1)和反應(yīng)式(2)反應(yīng)。砌磚用的粘土火泥主要成分是高嶺土(Al2O3·2SiO2)，它同熔融鋁除了發(fā)生反應(yīng)式(1)和反應(yīng)式(2)的反應(yīng)之外，還可能有下式反應(yīng)：

3(Al2O3·Si02)+8A1=7Al2O3+6Si(3)

? ? 這些反應(yīng)的結(jié)果，均會導(dǎo)致結(jié)晶硅污染鋁熔體和爐壁結(jié)瘤。不同的耐火材料，按其氧化鋁含量增高和相應(yīng)地二氧化硅含量降低的順序為：粘土→莫來石→硅石→莫來石→莫來石→剛玉→剛玉。假定粘土耐火材料中二氧化硅含量為45％～65％，那么在剛玉中它不超過1％～8％。通常認為要消除由于爐村產(chǎn)生的結(jié)晶硅污染，剛玉是最有效的；Al2O3含量大于72％的莫來石-剛玉，其性質(zhì)近于剛玉，可以使用；而SiO2含量較高的莫來石-硅石和莫來石則不適用。由于Al2O3含量大于90％的耐火材料浸蝕所造成鋁損耗比粘土磚要少90％～92％，認為最好的方法是爐子的熔池內(nèi)襯采用剛玉，而頂蓋和熔池以上的壁襯用纖維耐火材料。

　　在火焰反射爐中，鋁液溫度約為704℃，但液面以上耐火材料的溫度通常為1093—1316℃，液面以下的爐襯用75％～90％Al2O3或用磷酸鹽粘結(jié)劑的85％Al2O3。液面以上通常是用高效能的耐火粘土，可塑的或澆注的耐火材料。發(fā)現(xiàn)在反射爐中鋁液面以上的爐壁和爐頂被6號油的燃燒產(chǎn)物熔蝕得很厲害，因而改用了含Al2O3成分更高的耐火材料，并改用2號油作燃料。因此，在火焰反射爐中，爐襯材料除了要考慮它與鋁液的相互作用之外，還要考慮其對燃燒產(chǎn)物的抗侵蝕性能。

　　在熔煉生產(chǎn)過程中，除了爐襯材料對鋁熔體質(zhì)量的影響之外，爐型和熔池幾何尺寸對液體金屬中固體和氣體夾雜物含量也有影響。B.A.TapxymehkO等人的研究結(jié)果表明，用CAH-2型電爐與CAH-1.5煤氣爐相比，熔體中氣體含量，前者比后者低1倍，而熔體中的氧化夾雜物含量前者比后者高2倍。隨著熔池深度減小，金屬中固體夾雜物的含量明顯地減少，而氣體夾雜物則增加，同時呈不穩(wěn)性急劇增長。感應(yīng)爐熔煉鋁合金時，氣孔率能減少1.5～2倍，非金屬雜質(zhì)下降到50％～40％。