弧形耐火砖是具有一定圆形弧度的异形耐火砖,可以将任何几块拼接成不同直径的圆形,因此广受小直径的圆形窑炉青睐,而且比起用刀砖或斧型砖砌筑更加方便。高铝弧形耐火砖是采用AL2O3含量大于55%的高铝矾土熟料生产而成的高铝砖,分为一级75,二级65,三级55的材质。

此次分析的案例是一家辽宁葫芦岛的客户,主要以灰铁冶炼为主,炉型是一台外直径1.2米,内直径1米的小型冲天炉。冶炼的主要原料以废铁为主,掺加焦炭为还原剂,部分石灰来进行造渣。客户因为炉子长年没有生产,此次需要进行内衬维修后再进行投产,并在我公司订购了一部分高铝弧形耐火砖,但是再客户开炉1次生产了12吨灰铁后,发现弧形高铝砖在冲天炉内部被侵蚀掉约1/3的厚度,并向我公司咨询原因。具体分析如下:
高铝弧形砖用于冲天炉内部炉膛,发现有下列主要现象:(一)工作面形成蜂窝状结构及石钟乳状下垂物;(二)在工作面后部的变化层内有裂纹;(三)在使用1炉后发生掉片,色黑多孔,厚度为30~50mm。
(一)工作面蜂窝的形成
工作面上出现了许多的蜂窝,很明显地说明在高铝弧形砖在高温使用期间,砖中的一部分化学组成与冶炼中的灰尘在高温下生成了易流失的熔融物,留下的一部分还能耐得住当时操作温度下的灰尘侵蚀,并未完全融化,工作面实际上是由两种物质合并而成,一种是残留下的砖,另一种随炉内高温气流而来的外来物。这些外来物主要是铁的氧化物及少量CaO。

蜂窝的生成是由于Fe2O3在高温放出氧所致。FeO由熔池蒸发通过冲天炉空间时被O2及Co2所氧化,一部分变为Fe3O4。含铁的粉尘飞扬而上,分解成为Fe3o4或被还原为FeO。当它们到达炉顶时是FeO和Fe3O4的混合物。
FeO和Fe3O4的分解压力非常之低,FeO在1400℃时氧的压力只有6.3X10-12大气压力,Fe3O4在1400℃时只有1.9X10-5大气压力。在冲天炉操作温度下,他们放出的氧的压力远在大气压力之下,不可能发生很多的气体。能放出大量氧的,只有Fe2O3。在1450℃时的氧压相当于大气中氧的分压。因此Fe2O3在空气中只能在1450℃以下存在,在此温度之上Fe2O3完全分解为Fe3O4和O2。
当冲天炉温度发生波动时,可能冷却到1450℃以下,最低会达900℃左右。FeO(Fe,AL)2O3固溶体拆散为Fe3O4及FeO·AL2O3而Fe3O4也会氧化成为Fe2O3.一部分Fe2O3扩散到弧形高铝砖的第二层至第三层。当温度提高到1100℃时,Fe2O3便开始分解放出O2。温度愈高,分解愈烈,氧压愈大。存在与砖体内层的Fe2O3为稠度较大的熔体所包围,气体不易外逸,因此鼓成大小不一的气泡。在表面层内,因为温度较高,熔体稠度较低,氧压较大,故气体能冲破包围的熔体逸去,而在砖体表面形成蜂窝状结构。