熔铝炉工作温度一般为700℃~1000℃。从使用温度来看，粘土质、莫来石质、高铝质定形或不定形耐火制品作炉衬都是可以的，使用寿命约1~5年。但是铝合金容易与耐火材料中的SiO2发生反应，影响炉子的寿命和铝合金的成分。因此，为获得低污染、高质量的铝合金，提高炉衬的使用寿命，就必须深入了解铝合金熔液和耐材之间可能存在的物理、化学作用，并有针对性的采取措施。

铝合金在熔炼过程中的特点，以及熔铝炉间歇式的操作方式，决定了炉衬用耐火材料的损毁有以下几种方式：

(1)表面化学反应

4Al+3SiO2=2Al2O3+3Si ΔV=-35% ΔG=-515.3kJ (1)

2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe ΔG=-791.4kJ (2)

SiO2+2Mg=2MgO+Si ΔV=-57% ΔG=-249.6kJ (3)

2SiO2+Mg+2Al=MgAl2O4+2Si ΔV=-25% ΔG=-395.5kJ (4)

3(3Al2O3·2SiO2)+4Al=12Al2O3+6Si ΔV=-18% (5)

3TiO2+4Al=2Al2O3+3Ti ΔV=+11% ΔG=-417.3kJ (6)

3Mg+4Al2O3=3MgAl2O4+2Al ΔV=+17% ΔG=-159.4kJ (7)

3Mg+Al2O3=3MgO+2Al ΔG=-117.7kJ (8)

以上吉布斯自由能计算温度均为850℃，采用HSC软件计算。反应(1)和(2)会分别造成熔体增Si和Fe，污染铝合金，影响合金的质量。反应(8)消耗合金元素Mg。表面化学反应会造成耐火材料结构破坏、剥落和侵蚀，使衬材逐渐减薄。生成的单质Si会使铝熔液中Si含量增加，污染铝液，导致铝的熔点降低，流动性增加，加速铝合金熔液向耐火材料的渗透。从铝硅合金相图(如图1)可以看出，当铝中Si含量为11.7%时，铝的熔点从660℃降到577℃。

图1铝硅合金相图

(2)深层化学反应

熔铝炉工作温度下，一些合金元素，如Mg(沸点1107℃)等高蒸汽压元素容易沿耐火材料气孔深入到材料内部，并发生如下反应：

2Mg(g)+O2=2MgO (9)

3Mg(g)+Al2O3=3MgO+2Al (10)

850℃时，反应(9)和(10)吉布斯自由能变化分别为-1004.4kJ和-117.7kJ。会造成耐火材料体积膨胀和疏松，产生裂纹，进一步加速铝合金熔液对耐火材料的渗透和侵蚀。

(3)物理渗透

熔铝炉的工作方式多为间歇式。低粘度的铝合金熔体渗入到耐火材料的孔隙后，随着炉料的加热、保温、倾倒及炉衬循环使用遭遇急冷急热，耐火材料不断膨胀和收缩，最终将导致耐火材料剥落。

(4)机械损坏

熔铝炉工作时，空气、铝合金熔液以及耐火材料形成的气-液-固三相界面处容易生成Al2O3，形成刚玉瘤。刚玉瘤与炉衬结合紧密，采用机械、熔剂或人工等方法清除时，会对炉衬结构造成一定程度的破坏。

针对上述炉衬损毁的原因，可以采取针对性的措施保护炉衬：为减少金属熔液与炉衬表面的化学反应，可选择SiO2、Fe2O3含量低，Al2O3含量高的高铝质或刚玉质耐火材料；另外可以提高原料的烧结程度，降低炉衬表面的显气孔率，减少熔液的渗入通道；为减弱深层化学反应和物理渗透，可采用孔隙率低、孔径小的致密耐火材料；为减弱机械损坏，可提高炉衬自身强度、降低材料与熔体的润湿性。

研究表明：使用浇注料整体浇注的炉衬，整体性好，不会产生定型制品中出现的砖缝，可有效减少铝熔液的渗透通道，使用寿命也大大延长；与铝熔液接触的部位采用刚玉质浇注料，与铝熔液不润湿，清理炉渣方便，大大减小了由于清炉对炉衬造成的机械损坏；炉门口的浇注料中添加有钢纤维，可提高材料的强度、韧性以及热震稳定性强，有效减少浇注料剥落。