精煉爐浸漬管用剛玉尖晶石澆注料的蝕損機理：熔渣及鋼液通過澆注料表面缺陷陷入其內(nèi)部,，與澆注料發(fā)生反應生成低熔點化合物：爐溫頻繁的波動,，導致澆注料的內(nèi)部應力過大,，使其產(chǎn)生裂紋：在鋼液及熔渣的沖刷作用下,，造成澆注料剝落,。

   浸漬管的主體為鋼結(jié)構(gòu),，內(nèi)部用電熔再結(jié)合鎂鉻磚砌筑,，外部用剛玉尖晶石質(zhì)澆注料整體澆注,，鋼結(jié)構(gòu)的外壁焊有V型錨固件，縱橫交錯排列,，以強化澆注料與鋼結(jié)構(gòu)之間的連接,。浸漬管用澆注料一般以板狀剛玉為骨料，以剛玉細粉,、活性α-Al₂O₃微粉,、鎂鋁尖晶石粉、鎂砂為基質(zhì),，使用純鋁酸鈣水泥作結(jié)合劑,，并添加適量的不銹鋼纖維。

實驗

   取上述浸漬管的澆注料用后殘樣,，制成規(guī)格為40mm×40mm×160mm的樣塊,，采用GB/T2997-2000（2004）測定試樣的體積密度和顯氣孔率；采用GB/T5072-2008檢測試樣的強度,。

結(jié)果與討論

   澆注料顯微結(jié)構(gòu)分析可大致將澆注料用后殘樣分為渣層,、變質(zhì)層和原質(zhì)層。渣層,，呈深灰色,，該區(qū)域內(nèi)有許多孔洞和裂紋，厚度為2~3mm,；中間為變質(zhì)層,，呈淺灰色，也有孔洞和裂紋存在,，厚度約1mm,；左側(cè)為原質(zhì)層，呈灰黑色。澆注料渣層推斷其為低熔點的鈣鋁黃長石（C₂AS）或鈣長石（CAS₂）類熔渣物質(zhì),。

    鎂鋁尖晶石呈不規(guī)則島狀分布于熔渣中,，其來源有兩個途徑：一是澆注料內(nèi)的尖晶石被渣侵蝕熔出；二是Al₂O₃與MgO反應形成,。精煉過程中加入鋁丸脫氧,，使熔渣中的Al₂O₃含量增加，另外,，澆注料中有部分Al₂O₃溶出,，對浸漬管進行在線噴補時帶入大量MgO，二者反應析出了鎂鋁尖晶石,。鈣鋁黃長石（1590℃）和鈣長石（1550℃）為低熔點化合物,，使熔渣的黏度降低，對澆注料危害較大,。另外,，渣中的CaO、Al₂O₃易反應生成CaO·6Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃,，以及一系列低熔點化合物,，如CaO·Al₂O₃（1650℃）、3CaO·Al₂O₃（1530℃）,、12CaO·7Al₂O₃（1423℃）,，

   變質(zhì)層通過計算推算變質(zhì)層中主要的物相為FeO·Al₂O₃鎂鋁尖晶石以及單質(zhì)鐵和鐵的氧化物。渣中富含的FeO易與Al₂O₃反應生成FeO·Al₂O₃,，反應見公式為,。FeO·Al₂O₃（1780℃）、鎂鋁尖晶石（2103℃）的熔點較高,，使熔渣粘度增大,，附著在浸漬管表面形成掛渣，可對澆注料形成保護,，免受熔渣的侵蝕,。但隨著生產(chǎn)的進行，掛渣會不斷增厚,，使浸漬管長大變粗,，最終影響生產(chǎn)，所以需要定時清渣,。FeO+Al₂O₃=FeO·Al₂O₃點四的Fe元素含量較高,，推測其主要組成為單質(zhì)鐵，同時含有鐵的氧化物及少量Al₂O₃,、MgO等,。

   原質(zhì)層中主要的物相為剛玉、鎂鋁尖晶石和六鋁酸鈣。鎂鋁尖晶石呈細粒狀均勻的嵌布于基質(zhì)中,，形成近似于玻璃陶瓷結(jié)構(gòu),，而且大量填充于剛玉顆粒之間，同時在剛玉顆粒邊緣形成鎂鋁尖晶石反應環(huán),。原質(zhì)層中的鎂鋁尖晶石一部分為配料時加入,，另一部分為Al₂O₃與MgO反應生成。MgO與Al2O3在1000℃發(fā)生反應生成鎂鋁尖晶石,，見公式（1）,。該反應產(chǎn)生約8%的體積膨脹，補償了燒結(jié)帶來的收縮,，體積膨脹同時使?jié)沧⒘现挟a(chǎn)生微裂紋,，可緩沖熱應力，從而改善材料的抗熱震性能,。理論上在原料中配入5.5%的MgO，相當于配入了22%的尖晶石,，而且在澆注料中原位形成尖晶石,，其性能直接加入尖晶石的澆注料。

綜上所述,，造成浸漬管澆注料損毀的原因主要有以下幾點：

（1）熔渣的侵蝕劑鋼液的沖刷

  熔渣的危害主要表現(xiàn)在對澆注料的侵蝕與滲透上,。高溫液態(tài)熔渣及鋼液通過氣孔和裂紋等通道滲入澆注料的內(nèi)部。渣中的CaO,、SiO₂和FeO等與澆注料主成分反應生成FeO·Al₂O₃和C₂AS,、CAS₂、CaO,、Al₂O₃,、3CaO·Al₂O₃、12CaO,、7Al₂O₃等一系列低熔點化合物,，對澆注料造成消耗，使其工作面高溫強度降低,。在鋼液,、熔渣以及C2AS等低熔點化合物的共同沖刷作用下，澆注料損毀并熔出,。

  另外,，熔渣與澆注料產(chǎn)生一些反應伴有固相膨脹效應，是造成澆注料工作面出現(xiàn)裂紋的原因之一,。在殘余澆注料的渣層和變質(zhì)層中觀察到裂紋,，這兩個區(qū)域都有生成鎂鋁尖晶石的反應發(fā)生，該反應伴隨約8%的體積膨脹。

（2）溫度波動造成熱剝落和結(jié)構(gòu)剝落

   熱剝落是耐火材料在使用過程中,，由于爐溫周期性地急劇變化而引起的工作面剝落,。精煉爐的生產(chǎn)特點為間歇式工作，處理鋼液時的溫度一般在1600~1700℃之間,，處理時間為20~40min,，在兩爐之間的待機時間，浸漬管的溫度驟降至1000℃左右,。在整個精煉過程中,，爐溫大幅度的頻繁變化，必然在澆注料內(nèi)部產(chǎn)生熱應力,，當其大于當前溫度下澆注料所能承受的極限強度時,，就會使?jié)沧⒘袭a(chǎn)生裂紋。隨著裂紋的不斷增加和擴展,，澆注料的工作面出現(xiàn)開裂,，進而發(fā)生剝落。

(3) 澆注料的材質(zhì)

   配合不合理,，導致澆注料內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷,，造成基質(zhì)和骨料之間的膨脹和收縮不能互補，從而造成開裂,。以鎂砂為例,，原料中的鎂砂細粉易水化形成水鎂石，產(chǎn)生較大的體積膨脹,，其水化最敏感的溫度在60~80℃,。其次作為結(jié)合劑配入原料中的鋁酸鈣水泥，易與水鎂石反應,，生成MgAl₂（OH）14·3H₂O,，也會產(chǎn)生體積膨脹，而且消耗了水鎂石,，加速了鎂砂的水化,。澆注成型時加入的水在100℃時沸騰，急劇出,，使?jié)沧⒘蟽?nèi)外產(chǎn)生氣壓差,。以上幾點導致在烘烤過程中澆注料表面產(chǎn)生縱向裂紋。在高溫下鎂砂與氧化鋁生成尖晶石的反應,，也產(chǎn)生膨脹效應,。如果原料中加入的鎂砂過量，會使?jié)沧⒘显诤婵疽约案邷毓ぷ鲿r產(chǎn)生裂紋,。

采取維護修補措施

  可實時監(jiān)控浸漬管侵蝕情況,，在精煉爐生產(chǎn)的間隙,，對浸漬管的耐火材料進行噴補維護，形成保護層避免耐材與熔渣直接接觸,。為獲得致密的噴補料層,，要求噴補料中的水分不能過高，而且其流動性要好,。

結(jié)論

（1）高溫液態(tài)熔渣及鋼液通過澆注料工作面的氣孔,、裂紋和晶界等通道滲入到澆注料內(nèi)部；熔渣中的CaO,、SiO₂,、Al₂O₃和鐵的氧化物等主要成分與澆注料中的主要成分反應，生成低熔點化合物,，使?jié)沧⒘先蹞p,，并形成一定厚度的變質(zhì)層。

（2）由于精煉爐間歇式的生產(chǎn)特點,，爐溫頻繁的大幅度波動,，在澆注料內(nèi)部產(chǎn)生應力，并且由于變質(zhì)層與原質(zhì)層之間熱膨脹性能的差異,，導致變質(zhì)層內(nèi)部,、變質(zhì)層與原質(zhì)層之間產(chǎn)生裂紋；在高速循環(huán)流動的鋼液及熔渣的沖刷作用下,，造成耐火材料剝落,。

（3）從耐火材料的材質(zhì),、浸漬管的制造工藝,、精煉爐生產(chǎn)工藝和維護修補4個方面采取措施提高了浸漬管的使用壽命。