1 使用石油焦后玻璃窯爐渣的化學(xué)組成

表1 使用石油焦的玻璃窯爐渣的化學(xué)分析結(jié)果

2 爐渣對(duì)堿性耐火材料的侵蝕研究

2.1 試驗(yàn)程序

首先，采用掃描電子顯微鏡分析了從使用石油焦的玻璃窯蓄熱室格子體拆下的鎂質(zhì)殘磚的顯微結(jié)構(gòu)，并與2塊同牌號(hào)的未用鎂磚的顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比，以分析鎂磚的損毀機(jī)制。2塊未用鎂磚的MgO、SiO2、CaO、Fe2O3含量（w，均值）分別為95.43％、1.43％、1.14％、0.76％，體積密度、顯氣孔率、常溫耐壓強(qiáng)度的均值分別為3.02 g·cm-3、14.2％、85 MPa。

然后，選取直接結(jié)合鎂鉻磚、電熔再結(jié)合鎂鉻磚和電熔再結(jié)合高純鎂鋁尖晶石磚，使用化學(xué)組成接近表1中6#爐渣的中性合成渣進(jìn)行了抗渣試驗(yàn)。3種試驗(yàn)磚的理化性能見(jiàn)表2。試驗(yàn)渣的化學(xué)組成（w）為：Al2O3 10%，SiO2 30%，CaSO4 5%，Na2SO4 30%，K2SO4 2%，CaCO3 12%，Fe2O3 7%，NiO 1%，V2O5 3%。將3種試驗(yàn)磚加工成坩堝試樣，在坩堝內(nèi)放入爐渣，放入高溫試驗(yàn)爐中，以2.5~1.5 ℃·min-1的升溫速度升溫到1 450 ℃，在1 450 ℃保溫6 h后停爐自然冷卻。沿坩堝孔軸線切開(kāi)，觀察爐渣剩余切開(kāi)，爐渣對(duì)坩堝的滲透和侵蝕情況等。

表2 抗渣試驗(yàn)用耐火材料的理化性能

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1鎂質(zhì)殘磚和未用磚的顯微結(jié)構(gòu)分析

與使用石油焦的玻璃窯蓄熱室格子體用鎂磚同牌號(hào)未用鎂磚試樣剖面的背散射電子照片見(jiàn)圖1。由于背散射電子像的亮度與原子序數(shù)相關(guān)，結(jié)合電子探針可以迅速確定圖中各相。由此可知：未用鎂磚的結(jié)構(gòu)為多孔基質(zhì)膠結(jié)骨料；骨料的晶粒尺寸較小（<1 mm），并含有較多氣孔，推測(cè)其使用的是燒結(jié)鎂砂；磚的主要雜質(zhì)物相是鎂橄欖石（M2S）和鈣鎂橄欖石（CMS），它們幾乎完全包圍了方鎂石，但方鎂石間仍勉強(qiáng)維持直接結(jié)合。

圖1 未用95鎂磚的背散射電子照片

圖2 鎂質(zhì)殘磚的背散射電子照片

2.2.2 直接結(jié)合鎂鉻磚的抗侵蝕情況

侵蝕試驗(yàn)后，直接結(jié)合鎂鉻磚坩堝試樣的宏觀結(jié)構(gòu)大體保持完好；但殘留熔渣很少，幾乎完全滲入試樣中。觀察切開(kāi)后的坩堝剖面發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了大量的黃綠色物質(zhì)。這是因?yàn)榱蛩猁}已侵入試樣內(nèi)部，并分解出SO3和R2O，R2O與Cr2O3反應(yīng)形成了六價(jià)鉻化合物。

試樣剖面侵蝕層附近的背散射電子照片見(jiàn)圖3。選區(qū)電子探針掃描結(jié)果表明：1區(qū)為鈉鈣鋁硅酸鹽玻璃相和鎂鉻尖晶石；2區(qū)為鈉鋁硅酸鹽玻璃相和鎂鉻尖晶石；3區(qū)為含鉻、鐵的方鎂石固溶體；4區(qū)為含少量鐵的鎂鋁鉻尖晶石；5區(qū)為方鎂石和少量鎂橄欖石；6區(qū)為方鎂石。由此可知：直接結(jié)合鎂鉻磚坩堝試樣靠近坩堝內(nèi)孔表面的淺部組織發(fā)生了巨大改變，主要是鉻鐵礦完全反應(yīng)形成鎂鉻尖晶石固溶體，以及玻璃相的侵入；深部的破壞則主要是用于SiO2的侵入造成的。

圖3 侵蝕試驗(yàn)后直接結(jié)合鎂鉻磚的背散射電子照片

2.2.3電熔再結(jié)合鎂鉻磚的抗侵蝕情況

侵蝕試驗(yàn)后，電熔再結(jié)合鎂鉻磚坩堝試樣的宏觀結(jié)構(gòu)保持完好；坩堝內(nèi)殘留有大量熔渣，滲透入試樣中的熔渣較少。觀察切開(kāi)后的坩堝剖面發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有出現(xiàn)黃綠色的物質(zhì)。這表明電熔再結(jié)合鎂鉻磚的抗渣侵蝕能力很好。

試樣剖面熔渣-耐火材料界面附近的背散射電子照片見(jiàn)圖4。選區(qū)電子探針掃描結(jié)果表明：1區(qū)為爐渣中含少量鈣的鈉鋁硅玻璃相；2區(qū)為含少量鈣、鐵的鈉鋁硅玻璃相；3區(qū)為鉻鐵礦；4區(qū)為來(lái)自爐渣的含少量鈣的鈉鋁硅玻璃相；5區(qū)為含少量鐵、鉻的鎂鋁尖晶石；6區(qū)鉻鐵礦的邊緣的硅酸鹽玻璃相。由此可知，電熔再結(jié)合鎂鉻磚的抗渣侵蝕性很好，侵蝕后只是距界面500 μm范圍內(nèi)發(fā)生了變化。這應(yīng)該是因?yàn)槭芮治g后產(chǎn)生的尖晶石屏障層保持了內(nèi)部組織的穩(wěn)定。

圖4 侵蝕試驗(yàn)后電熔再結(jié)合鎂鉻磚的背散射電子照片

2.2.4高純鎂鋁尖晶石磚的抗侵蝕情況

侵蝕試驗(yàn)后，高純鎂鋁尖晶石磚坩堝試樣內(nèi)留有大部分爐渣，坩堝受到的滲透和侵蝕很小；但坩堝出現(xiàn)了一條較大的裂紋。觀察切開(kāi)后的坩堝剖面發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了大量白色的鹽類(lèi)物質(zhì)，表明硫酸鹽已侵入試樣內(nèi)部。

試樣剖面熔渣-耐火材料界面附近的背散射電子照片見(jiàn)圖5。圖5（b）顯示了爐渣侵入磚體的情況：3區(qū)為鈉鋁硅玻璃；4區(qū)為鎂鋁鐵尖晶石和鈉鋁硅酸鹽玻璃；5區(qū)為含少量鈣的鈉鋁硅酸鹽玻璃；6區(qū)為含少量鐵的鎂鋁尖晶石。從圖5可知，鎂鋁尖晶石磚的結(jié)構(gòu)相當(dāng)完好。通過(guò)2次對(duì)鎂鋁尖晶石磚未受侵蝕部分大約1 mm×1 mm的區(qū)域進(jìn)行面成分分析發(fā)現(xiàn)，Mg的原子數(shù)百分比為14.35%～14.58%，Al的原子數(shù)百分比為33.52%～33.65%，表明材料屬于富鋁鎂鋁尖晶石。爐渣中硫酸鈉與尖晶石釋放的氧化鋁反應(yīng)可能是導(dǎo)致材料開(kāi)裂的原因之一。

圖5 侵蝕后高純鎂鋁尖晶石試樣的背散射電子照片

3 對(duì)策及效果

4 結(jié)語(yǔ)