煤熔(rong)渣(zha)對(dui)剛玉耐(nai)火澆注料(liao)(liao)(liao)的(de)侵蝕(shi)取決于(yu)熔(rong)渣(zha)與澆注料(liao)(liao)(liao)成(cheng)(cheng)(cheng)分的(de)反應(ying)、渣(zha)的(de)粘度、操(cao)作溫(wen)度和(he)流態。侵蝕(shi)機理包括三(san)個過程：滲(shen)透(tou)、熔(rong)解和(he)沖刷(shua)磨損。熔(rong)渣(zha)首先(xian)從澆注料(liao)(liao)(liao)表面(mian)氣孔向磚內(nei)滲(shen)透(tou)，并(bing)與澆注料(liao)(liao)(liao)內(nei)的(de)化學成(cheng)(cheng)(cheng)分反應(ying)生成(cheng)(cheng)(cheng)低熔(rong)物即溶解，溶解過程受渣(zha)相澆注料(liao)(liao)(liao)-渣邊(bian)界層(ceng)(ceng)的(de)(de)擴散所控制、溶(rong)解(jie)(jie)速(su)率(lv)取決(jue)于(yu)(yu)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)高低，由于(yu)(yu)溶(rong)解(jie)(jie)而(er)改變了澆注(zhu)料的(de)(de)礦相組成(cheng)(cheng)，破壞(huai)了澆注(zhu)料的(de)(de)結構，降低了高溫(wen)(wen)強度(du)，隨(sui)著(zhu)滲(shen)透(tou)和(he)溶(rong)解(jie)(jie)的(de)(de)加劇，滲(shen)透(tou)層(ceng)(ceng)（即(ji)變質層(ceng)(ceng)）的(de)(de)強度(du)大大降低，隨(sui)即(ji)被熔渣磨損沖掉，此(ci)過程交替反復進行，使澆注(zhu)料一層(ceng)(ceng)層(ceng)(ceng)侵(qin)蝕減薄。除此(ci)之外，由于(yu)(yu)開停車或操作不正常時有(you)較大的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)、壓(ya)力(li)波動(dong)，產生(sheng)熱(re)應力(li)損毀；熱(re)應力(li)使耐(nai)火澆注(zhu)料產生(sheng)裂紋(wen)(wen)（嚴重時導致爆裂）隨(sui)著(zhu)裂紋(wen)(wen)形成(cheng)(cheng)和(he)熔渣的(de)(de)滲(shen)透(tou)，生(sheng)成(cheng)(cheng)低熔融(rong)物熱(re)膨脹(zhang)，各種應力(li)引起裂紋(wen)(wen)擴展(zhan)至產生(sheng)剝落。
為了在(zai)(zai)爐內直接進行煤灰在(zai)(zai)剛玉(yu)耐火澆注料上的靜態結渣實(shi)驗(yan)(yan)，將實(shi)驗(yan)(yan)煤樣先破(po)碎至(zhi)13 mm以下，放在淺盤(pan)內攤平(厚度不(bu)超過25mm) 在干燥(zao)箱中干燥(zao)后磨碎，再用不同(tong)篩孔的(de)(de)煤粉篩篩分，并將通過不同(tong)篩孔的(de)(de)煤粉盛于棕(zong)色玻(bo)璃瓶中放(fang)在干燥(zao)陰涼處保存備用。實驗煤樣中灰分礦(kuang)物組成是影響結渣(zha)的主要原(yuan)因之(zhi)一(yi)，經灰化處理后，灰中礦物成分(fen)最終將轉變為各種(zhong)金屬(shu)和非金屬(shu)的氧化物。經(jing)化學分析方法測試得到實(shi)驗(yan)煤樣灰分的組成見表1。經角錐法測量該煤(mei)樣煤(mei)灰的(de)熔融特性溫度均(jun)在1450 ℃以(yi)上。
試驗(yan)選用AL2O3、Cr2O3 粉末，再加少量ZrSiO4、CMC( 羧甲基纖維(wei)素鈉)等，通過(guo)調(diao)節各組分含量，配置得到(dao)剛(gang)玉耐火澆注料，其組分質量分數為36#白剛玉40%、15 #白剛玉(yu)7%、α-Al2 O3 微粉30% 、Cr2O3微(wei)粉15%、ZrSiO4微粉5%、CMC 3%。實驗用(yong)耐火澆注料板( 簡稱耐火板) 是將按(an)上述(shu)比(bi)例的一定質量的各組分混(hun)合后，再用少(shao)量水(shui)濕潤(run)并混(hun)合均勻，然(ran)后在壓片機上經 20 MPa 鍛壓成型為長×寬×厚(hou)分別(bie)40×35×6mm 的板狀物，并在1550 ℃下的空(kong)氣(qi)氣(qi)氛中燒結5 h得(de)到。
圖1灰渣(zha)在耐火板上的表面行為是通(tong)過200目篩孔的，質(zhi)量為0.6g 煤灰在(zai)剛玉耐(nai)火板上，經1250 ℃的(de)還(huan)原性(xing)氣氛下煅燒5 h后的渣/板形貌結構。圖2為200目篩孔的、質量為0.6g的云貴煤灰在剛玉質(zhi)耐火(huo)板上，經1250℃的氧化性(xing)氣氛中煅燒5h后的渣板形貌。與圖1 比較，主要的區別在(zai)于灰(hui)白(bai)色物(wu)質的分布不同。在(zai)其他侵(qin)蝕(shi)條件相同的情(qing)況下，還(huan)原(yuan)性氣氛(fen)中(zhong)灰(hui)白(bai)色物(wu)質均勻分布在(zai)耐火板上。還原性(xing)氣氛的(de)作用(yong)圖1為渣樣已(yi)經完(wan)全熔化，冷卻后(hou)由于(yu)表面張力的作(zuo)用，呈明顯團聚收縮形貌。各測點灰(hui)白色物質主要成分為 Fe、Cr、Ti，其中(zhong)各測(ce)點 Ti 的含量都穩定在2.4% 左右，而Cr的含量則隨(sui) Fe 含量的增(zeng)加而(er)增(zeng)加。這(zhe)說明煤(mei)灰中Fe含量(liang)高的地方，與耐(nai)火板(ban)中Cr的(de)反應增(zeng)加。
實驗煤灰中 Fe 的含(han)量(liang)較(jiao)高，在(zai)還(huan)原性氣氛(fen)條件(jian)下(xia)，可以發生(sheng)如下(xia)反應:
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2
Fe2O3+CO→2FeO+CO2
Fe3O4+CO→3FeO+CO2
因此，還原氣氛(fen)中，煤灰中的一部(bu)分Fe以FeO的形態(tai)存在。與其他(ta)價態的鐵相比FeO 具(ju)有(you)最強的助熔效果(guo)。FeO 能與 SiO2、A12O3、3Al2O3·2SiO2、CaO·A12O3·2SiO2等結合，其反應如下式表示:
3A12O3·2SiO2+FeO→2FeO·SiO2+FeO·Al2O3
CaO·Al2O3·2SiO2 +FeO→3FeO·Al2 O3·3SiO2 + 2FeO·SiO2+FeO·Al2O3
SiO2+FeO→FeO·SiO2 FeO·
SiO2+FeO→2FeO·SiO2
這些(xie)生成(cheng)的礦物(wu)之間(jian)又會產生低熔點的共熔物，因而使(shi)煤灰熔融性(xing)溫(wen)度降低。FeO·SiO2的熔點約為1147 ℃。它的存在降低了煤灰(hui)的熔融特性(xing)溫度。硅酸亞鐵與灰(hui)渣中的堿金(jin)屬氧化物 ( Na2O、K2O) 形成復雜的(de)低(di)熔(rong)點化合物的(de)密度一(yi)般較小，如NaFe( SiO3 ) 2·FeSiO3密度為 3．2 g /m3 ~3.3 kg /m3，熔(rong)點約為1150 ℃。因此，還原性氣氛(fen)條件(jian)下(xia)，煤(mei)灰(hui)中的 Fe 轉化生成(cheng)共晶(jing)化合(he)物熔(rong)融后將浮于質地較硬、密度較大的灰渣表面(mian)上。