精炼炉浸渍管用刚玉尖晶石浇注料的蚀损机理：熔渣及钢液通过浇注料表面缺陷陷入其内部，与浇注料发生反应生成低熔点化合物：炉温频繁的波动，导致浇注料的内部应力过大，使其产生裂纹：在钢液及熔渣的冲刷作用下，造成浇注料剥落。

浸渍管的主体为钢结构，内部用电熔再结合镁铬砖砌筑，外部用刚玉尖晶石质浇注料整体浇注，钢结构的外壁焊有V型锚固件，纵横交错排列，以强化浇注料与钢结构之间的连接。浸渍管用浇注料一般以板状刚玉为骨料，以刚玉细粉、活性α-Al₂O₃微粉、镁铝尖晶石粉、镁砂为基质，使用纯铝酸钙水泥作结合剂，并添加适量的不锈钢纤维。

实验

取上述浸渍管的浇注料用后残样，制成规格为40mm×40mm×160mm的样块，采用GB/T2997-2000（2004）测定试样的体积密度和显气孔率；采用GB/T5072-2008检测试样的强度。

结果与讨论

浇注料显微结构分析可大致将浇注料用后残样分为渣层、变质层和原质层。渣层，呈深灰色，该区域内有许多孔洞和裂纹，厚度为2~3mm；中间为变质层，呈浅灰色，也有孔洞和裂纹存在，厚度约1mm；左侧为原质层，呈灰黑色。浇注料渣层推断其为低熔点的钙铝黄长石（C₂AS）或钙长石（CAS₂）类熔渣物质。

镁铝尖晶石呈不规则岛状分布于熔渣中，其来源有两个途径：一是浇注料内的尖晶石被渣侵蚀熔出；二是Al₂O₃与MgO反应形成。精炼过程中加入铝丸脱氧，使熔渣中的Al₂O₃含量增加，另外，浇注料中有部分Al₂O₃溶出，对浸渍管进行在线喷补时带入大量MgO，二者反应析出了镁铝尖晶石。钙铝黄长石（1590℃）和钙长石（1550℃）为低熔点化合物，使熔渣的黏度降低，对浇注料危害较大。另外，渣中的CaO、Al₂O₃易反应生成CaO·6Al₂O₃和CaO·2Al₂O₃，以及一系列低熔点化合物，如CaO·Al₂O₃（1650℃）、3CaO·Al₂O₃（1530℃）、12CaO·7Al₂O₃（1423℃），

变质层通过计算推算变质层中主要的物相为FeO·Al₂O₃镁铝尖晶石以及单质铁和铁的氧化物。渣中富含的FeO易与Al₂O₃反应生成FeO·Al₂O₃，反应见公式为。FeO·Al₂O₃（1780℃）、镁铝尖晶石（2103℃）的熔点较高，使熔渣粘度增大，附着在浸渍管表面形成挂渣，可对浇注料形成保护，免受熔渣的侵蚀。但随着生产的进行，挂渣会不断增厚，使浸渍管长大变粗，最终影响生产，所以需要定时清渣。FeO+Al₂O₃=FeO·Al₂O₃

点四的Fe元素含量较高，推测其主要组成为单质铁，同时含有铁的氧化物及少量Al₂O₃、MgO等。

原质层中主要的物相为刚玉、镁铝尖晶石和六铝酸钙。镁铝尖晶石呈细粒状均匀的嵌布于基质中，形成近似于玻璃陶瓷结构，而且大量填充于刚玉颗粒之间，同时在刚玉颗粒边缘形成镁铝尖晶石反应环。原质层中的镁铝尖晶石一部分为配料时加入，另一部分为Al₂O₃与MgO反应生成。MgO与Al2O3在1000℃发生反应生成镁铝尖晶石，见公式（1）。该反应产生约8%的体积膨胀，补偿了烧结带来的收缩，体积膨胀同时使浇注料中产生微裂纹，可缓冲热应力，从而改善材料的抗热震性能。理论上在原料中配入5.5%的MgO，相当于配入了22%的尖晶石，而且在浇注料中原位形成尖晶石，其性能直接加入尖晶石的浇注料。

综上所述，造成浸渍管浇注料损毁的原因主要有以下几点：

（1）熔渣的侵蚀剂钢液的冲刷

熔渣的危害主要表现在对浇注料的侵蚀与渗透上。高温液态熔渣及钢液通过气孔和裂纹等通道渗入浇注料的内部。渣中的CaO、SiO₂和FeO等与浇注料主成分反应生成FeO·Al₂O₃和C₂AS、CAS₂、CaO、Al₂O₃、3CaO·Al₂O₃、12CaO、7Al₂O₃等一系列低熔点化合物，对浇注料造成消耗，使其工作面高温强度降低。在钢液、熔渣以及C2AS等低熔点化合物的共同冲刷作用下，浇注料损毁并熔出。

另外，熔渣与浇注料产生一些反应伴有固相膨胀效应，是造成浇注料工作面出现裂纹的原因之一。在残余浇注料的渣层和变质层中观察到裂纹，这两个区域都有生成镁铝尖晶石的反应发生，该反应伴随约8%的体积膨胀。

（2）温度波动造成热剥落和结构剥落

热剥落是耐火材料在使用过程中，由于炉温周期性地急剧变化而引起的工作面剥落。精炼炉的生产特点为间歇式工作，处理钢液时的温度一般在1600~1700℃之间，处理时间为20~40min，在两炉之间的待机时间，浸渍管的温度骤降至1000℃左右。在整个精炼过程中，炉温大幅度的频繁变化，必然在浇注料内部产生热应力，当其大于当前温度下浇注料所能承受的极限强度时，就会使浇注料产生裂纹。随着裂纹的不断增加和扩展，浇注料的工作面出现开裂，进而发生剥落。

(3) 浇注料的材质

配合不合理，导致浇注料内部结构产生缺陷，造成基质和骨料之间的膨胀和收缩不能互补，从而造成开裂。

以镁砂为例，原料中的镁砂细粉易水化形成水镁石，产生较大的体积膨胀，其水化最敏感的温度在60~80℃。其次作为结合剂配入原料中的铝酸钙水泥，易与水镁石反应，生成MgAl₂（OH）14·3H₂O，也会产生体积膨胀，而且消耗了水镁石，加速了镁砂的水化。浇注成型时加入的水在100℃时沸腾，急剧出，使浇注料内外产生气压差。以上几点导致在烘烤过程中浇注料表面产生纵向裂纹。在高温下镁砂与氧化铝生成尖晶石的反应，也产生膨胀效应。如果原料中加入的镁砂过量，会使浇注料在烘烤以及高温工作时产生裂纹。

机械力

采取维护修补措施

可实时监控浸渍管侵蚀情况，在精炼炉生产的间隙，对浸渍管的耐火材料进行喷补维护，形成保护层避免耐材与熔渣直接接触。为获得致密的喷补料层，要求喷补料中的水分不能过高，而且其流动性要好。

结论

（1）高温液态熔渣及钢液通过浇注料工作面的气孔、裂纹和晶界等通道渗入到浇注料内部；熔渣中的CaO、SiO₂、Al₂O₃和铁的氧化物等主要成分与浇注料中的主要成分反应，生成低熔点化合物，使浇注料熔损，并形成一定厚度的变质层。

（2）由于精炼炉间歇式的生产特点，炉温频繁的大幅度波动，在浇注料内部产生应力，并且由于变质层与原质层之间热膨胀性能的差异，导致变质层内部、变质层与原质层之间产生裂纹；在高速循环流动的钢液及熔渣的冲刷作用下，造成耐火材料剥落。

（3）从耐火材料的材质、浸渍管的制造工艺、精炼炉生产工艺和维护修补4个方面采取措施提高了浸渍管的使用寿命。