耐火材料腐蚀案例分析-电弧炉顶70%铝砖

电弧炉顶部用——70%Al2O3砖腐蚀相图分析

为了找出电弧炉顶部使用的70%氧化铝砖过早失效的原因，对砖的显微结构进行了分析。从图9可以看出，使用后的砖厚度明显减少。而在顶部其他区域选取的砖，残余厚度较大。从本次炉次使用的大多数砖的锯切表面上发现了裂纹，且裂纹大致平行于热面。

图9 经过短时间电弧炉处理后的70%氧化铝砖

将砖切片，并制作抛光切片，在光学显微镜下进行反射光观察。在最靠近热面的区域，即渣-砖界面处，有大量的腐蚀反应迹象（图10）。认识到砖中的“本征”相是铝土矿、粘土（碎料）和莫来石，可以看出在最靠近热面的区域没有莫来石。图10中热面处的相包括铁铝尖晶石或FeAl2O4（标记为“S”）、六铝酸钙或CaO·6Al2O3（浅灰色针状晶体）、从冷却过程中析出的条形刚玉晶体、残留铝土矿颗粒中的刚玉晶体（右下角区域）和深灰色背景的钙铝硅酸盐玻璃。

图10 紧邻渣砖界面的微观结构

在距离热面约2至4毫米的位置，渣通过砖的孔隙结构渗透，并且由于其极端的晶体生长，很容易发现莫来石晶体出现的位置（图11）。莫来石晶体呈现为大型、浅灰色条形晶体，在被残留铝土矿颗粒包围的孔隙壁处。小型六铝酸钙晶体位于莫来石晶体之间的玻璃相中。

图11 莫来石晶体出现在热面后面的位置

莫来石的出现表明渗透相中钙氧化物含量低于约20%。这是由于渣对砖的腐蚀和远离热面时渣量减少导致的“稀释”效应。

在距离热面约10毫米处，渣渗透停止。在靠近冷面的区域，用焙烧铝土矿和粘土混合制成的70%氧化铝耐火材料具有正常的显微结构。通过这项分析得出结论：发生了正常预期的腐蚀反应，并且加速损耗可能是由于较差的抗震性能导致增强剥落，最终缩短了电弧炉顶部使用寿命。

总之，70%氧化铝耐火材料的腐蚀过程如下：

（1）渣覆盖在耐火材料表面，并且当表面温度超过约1265-1380℃时，腐蚀开始。反应可以用文字表达为“钙（铁）铝硅酸盐渣与70%氧化铝耐火材料反应，形成阳起石-海泡石玻璃，并将莫来石和铝土矿溶解到渣中。”

（2）渣渗透到耐火材料中，填充孔隙并溶解粘结相（莫来石），直到渣中的钙氧化物含量降低到约20%以下。在这个区域后面，莫来石重新出现，并且随着距离热面的增加，晶体生长程度逐渐降低，直到达到渣在砖中的冻结面。