焚烧炉内衬耐火材料的损毁形式通常为侵蚀开裂,损毁因素主要有热应力破坏、机械磨损和侵蚀破坏,其损毁机理主要为以下四个方面:(1)机械冲刷、磨损,在回转炉工作过程中,随着炉衬的转动物料会对窑炉内衬产生更多的机械冲刷和磨损。(2)耐火材料高温溶解,在高温下杂质与耐火材料中的主要成分发生化学反应,生成低熔 点相或者液相。(3)高温熔渣渗透、侵蚀,随着温度的升高,炉内熔渣会在耐火材料上经历熔融润湿-表面腐蚀-渗透-内部侵蚀四个过程,随后在耐火材料内部产生体积膨胀效应,使耐火材料从内部开裂。(4)高温下气相挥发,主要是指在氧化气氛下耐火材料中的含碳材料的氧化损失,如 Al2O3-C、SiC 等耐火制品受氧化所造成的损失。
在废液处理炉中,钾、钠金属盐的过量侵蚀是造成废液处理炉内衬损毁的主要原因。目前,SiC质、Al2O3-Cr2O3质和Al2O3-SiO2质耐火材料是废液处理炉内衬使用的主流耐火材料。SiC 质耐火材料应用十分广泛,SiC作为优异的耐火原料之一,本身具有非润湿性和独特的结构,使得SiC质耐火材料具有高温稳定性和耐腐蚀性。在高温使用过程中SiC氧化成为SiO2能够堵塞气孔,从而减缓熔渣的渗透,提高材料的抗熔渣侵蚀性能。但形成的SiO2极易被碱离子所侵蚀,SiO2含量越高,侵蚀速度越快。含Cr2O3的耐火材料具有更好的高温强度及抗渣侵蚀性。将Cr2O3引入到刚玉质耐火材料中,随着烧结温度的升高Cr2O3与Al2O3生成结构稳定的固溶体,这些化合物可以在材料表面形成一层致密的氧化层,在刚玉骨料表面形成不规则的环状固溶区域,使材料内部结合紧密,以高熔点的铝铬固溶体作为结合相,在高温条件下能够保持良好的结合强度,并改善材料的抗侵蚀性。但制备过程中固溶度难以控 制,高温下 Cr2O3 易形成蒸汽,导致铝铬质耐火材料致密度差,且铝铬砖易氧化与废液第中碱金属反应生成低熔点的R2CrO4铬酸盐,如K2CrO4和Na2CrO4。其中Cr 6+极易溶于水对人体、土壤和水资源造成严重的危害。
莫来石作为铝硅质耐火材料中稳定的化合物,具有高耐火度、优良的抗热震性、抗蠕变性和体积稳定性。但是在使用过程中,Al2O3-SiO2 质耐火材料易与废液处理炉中碱金属熔渣发生反应,生成低熔点相和膨胀相产物,造成 Al2O3-SiO2 质耐火材料从内部发生侵蚀损毁。钾在700 ℃下开始与游离的SiO2反应,这碱侵蚀的开始的第一步主要反应产物为硅铝酸钾和钾霞石。

由三元相图1.4可知,在1000 ℃下Al2O3-SiO2质耐火材料在使用过程中会与K2CO3反应形成白榴石(KAlSi2O6)、钾霞石(KAlSiO4)两种碱性矿物,这类矿物在耐火料内部产生体积膨胀效应,同时产生玻璃相,使耐火材料从内部造成破坏。
