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从闪速炉反应塔砖衬的电镜分析结果来看，造成反应塔壁面砖衬蚀损的主要因素是熔渣与气体的腐蚀。当高温熔锍沿渣中硅酸盐通道进入砖衬后，并未与主晶反应。熔渣侵入后，则与方镁石形成固溶，或与尖晶石复合成为高铁尖晶石，造成主晶结构改变。但蚀损现象最明显的还是气体的侵蚀反应，腐蚀性气体渗透进入砖衬后，与方镁石及铬矿颗粒均可发生反应生成MgSO4等水溶性物质，从而改变基质成分，破坏砖体结构。 1、熔锍在耐火材料中的渗透 熔融状态的铜锍具有良好的流动性。由于在反应塔耐火炉衬的表面覆盖着一层致密的以磁性氧化铁为主要组成的挂渣层，因此溅落到壁面的熔锍并不直接渗透进入砖体，而是首先沿着挂渣的硅酸盐通道渗入渣内，并与渣内物质相互作用，在渣的不同深度生成Cu或Cu2O等物质。反应塔壁面的挂渣虽然有效地阻止了铜锍的直接侵入，保是并不能彻底杜绝熔锍对砖衬所造成的蚀损。透过渣层，仍有少量熔锍可以渗透通过，然后沿着砖体的气孔或裂缝等毛细管通道渗入砖内。由于越靠近砖中心，氧势越高，因此进入砖体后的铜锍很容易发生如下氧化反应：
电镜分析结构表明，反应后生成的Cu2O存在于砖衬主晶与基质之间，并未见渗透进入其它晶粒内部。但是有文献表明，熔融氧化铜(CuO-Cu2O在1400℃时的低共溶物)的渗透将引起砖热导率的增大，随之而产生炉衬的强烈透热、剥落和膨胀，其中Cu氧化成CuO，体积膨胀75%;氧化成Cu2O，体积则增加64%。因此，从微观结构看，熔锍对反应塔炉衬的腐蚀主要为铜锍的渗透、反应及其产生的化学结构应力。 2、熔渣对耐火材料的侵蚀 闪速炉熔炼渣属FeO-SiO2或FeO-SiO2-Fe2O3系酸性渣。如图6所示，ABCD区内部是在熔炼温度下(1200℃)完全熔化的炉渣的成分范围，其中固体Fe饱和区(AB)和固体FeO饱和区(BC)在闪速熔炼过程中是不可能发生的。CD线是固体磁性氧化铁饱和线，它的界线标志着当炉气的氧压超过大约10-9(CD)或10-8大气压时，固体磁性氧化铁将是一个平衡相。在闪速炉反应塔中，根据四场耦合仿真研究结果，炉内富氧鼓风浓度可高达60%以上，反应后烟气中也仍含有大约1%的O2，局部可达2%~3%，因此熔炼时在气-渣界面上定会产生磁铁矿自形晶为主晶的挂渣，从而对塔壁形成良好的保护。 闪速炉中，熔渣对耐火材料的侵蚀主要体现在渣系成分与镁铬砖的主要组成MgO、Cr2O3的反应。 (1)与MgO的反应 炉衬中的MgO可以固溶大量的Fe2O3，因此在使用过程中，镁铬耐火材料中方镁石中的铁含量会逐渐增加，使得晶内尖晶石周边含铁高于中心，但是MgO-Fe2O3-SIO2系相图表明此固溶体的温度依然很高，因此MgO与Fe2O3的固溶反应对耐火材料的性能影响不大。 此外，MgO还可与渣系中2FeO·SiO2反应，但即使形成了镁铁矿或镁橄榄石，其熔化温度较反应前的熔渣都有所提高，因而不会造成砖衬的损毁。 但当砖衬中含有CaO时，情况则会稍有变化。砖衬中MgO与CaO可发生如下反应：
由Ca0-MgO-SiO2系相图可知，无论是镁钓橄榄石或镁黄长石的生成，都会造成熔渣中出现低熔点物质。砖衬中CaO或CaSiO4含量过高，损毁也将加快。因此，必须控制反应塔壁面炉衬中CaO或CaSiO4的含量。 2)与Cr2O3的反应 在显微分析过程中没有发现受熔渣侵蚀后的Cr2O3形成新的化合物。而MgO-Cr2O3-SiO2系相图表明，在MgO-SiO2体系中，加入Cr2O3可进一步提高体系熔点，如MgO与Cr2O3的固溶体，其固液平衡温度高，因而抵抗SiO2或铁橄榄石侵蚀的能力将得到提高。因此，砖衬中Cr2O3对抵御炉渣侵蚀起到了良好的作用。 3、气体侵蚀 反应塔耐火砖衬中的气体侵蚀主要为SO2/SO3气体沿砖缝或透过渣层沿气孔、裂缝渗透进入砖层，并与方镁石反应所造成的砖衬损毁。 我们认为，砖衬中侵入的SO2气体主要有两个来源：一者来自于闪速熔炼过程硫化物氧化生成的SO2气体渗透;另一方面则来自于砖衬中熔锍侵蚀反应的产物。但是SO2必须先氧化成为SO3，因为只有SO3才能在低于1050℃的条件下与镁铬砖中的碱性氧化物反应，生成硫酸盐。其基本反应如下：
MgO密度为3.58g/cm3，而MgSO4的密度为2.66g/cm3，新的生成物密度与原物质密度相差较大，因此MgSO4的生成伴随着体积的增加和气孔的填充，但反应产生较大的体积膨胀力却造成砖衬结构疏松，降低了砖体强度，增加了砖衬对继续渗入熔体侵蚀的敏感性。当炉衬温度升高时，MgSO4又开始分解，约从1000℃开始形成细粒的MgO。但是MgO的重新生成并不能恢复原砖的整体性，因此砖体的致密结构遭到破坏，并加剧了砖衬的损毁。 此外，SO2气氛能降低熔锍在镁铬耐火材料上的润湿角，使熔锍更容易侵入砖的内部，从而加剧了砖衬的损毁。 由此可见，气体对反应塔壁面的侵蚀不仅改变砖衬基质成分，破坏砖衬结构，而且为砖体的继续蚀损提供条件。 根据文献报导，当温度高于760℃时，SO2的氧化速度迅速降低;同时转炉烧结镁铬砖中发生的砌体侵蚀反应表明，MgSO4生成反应的平衡温度在920~930℃之间，反应产物在850℃时最为稳定。因此将炉衬工作面温度控制在850~900℃变化范围内，不但可以减少SO3的产生，降低砌体腐蚀反应速度，而且可以保持MgSO4的稳定，增加耐火材料的致密程度，有助于低于侵蚀的深入。 4、冲刷蚀损 在耐火材料使用的过程中，当耐火材料被炉渣熔蚀的速度大，而炉渣向耐火材料内迁移的速度小，炉渣在耐火材料表肘可形成耐火材料熔于炉渣中的饱和溶液(接触层)，此时耐火材料将停止进一步溶解。但是，接触层可能被冲刷掉或者流淌掉，同时带走尚未溶解于炉渣中的表面层下的耐火材料粗颗粒。伴随腐蚀产生的这个过程称为冲蚀，冲蚀后在原内层上又将形成新的接触层。 熔锍的渗透，熔渣的侵入，以及气体的侵蚀等蚀损作用不仅改变了砖衬基质的组成，增加了高温下砖衬中液相出现的可能，而且削弱了砖衬的致密性，造成晶体颗粒间结合松弛，结构疏松，甚至局部出现细小的龟裂和裂缝。当塔壁高温熔渣流淌，或炉内气流冲击壁面时，都会造成挂渣或者局部砖衬的掉落，从而使新的渣(砖)面暴露，为继续蚀损提供条件。因此，在化学腐蚀的基础上，反应塔壁面的高温熔体、反应塔内的紊动气流是造成塔壁冲蚀的重要因素。 |
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