煤熔渣對剛玉耐火澆注料的侵蝕取決于熔渣與澆注料成分的反應(yīng)、渣的粘度、操作溫度和流態(tài)。侵蝕機理包括三個過程：滲透、熔解和沖刷磨損。熔渣首先從澆注料表面氣孔向磚內(nèi)滲透，并與澆注料內(nèi)的化學(xué)成分反應(yīng)生成低熔物即溶解，溶解過程受渣相澆注料-渣邊界層的擴散所控制、溶解速率取決于溫度的高低，由于溶解而改變了澆注料的礦相組成，破壞了澆注料的結(jié)構(gòu)，降低了高溫強度，隨著滲透和溶解的加劇，滲透層（即變質(zhì)層）的強度大大降低，隨即被熔渣磨損沖掉，此過程交替反復(fù)進行，使?jié)沧⒘弦粚訉忧治g減薄。除此之外，由于開停車或操作不正常時有較大的溫度、壓力波動，產(chǎn)生熱應(yīng)力損毀；熱應(yīng)力使耐火澆注料產(chǎn)生裂紋（嚴(yán)重時導(dǎo)致爆裂）隨著裂紋形成和熔渣的滲透，生成低熔融物熱膨脹，各種應(yīng)力引起裂紋擴展至產(chǎn)生剝落。
為了在爐內(nèi)直接進行煤灰在剛玉耐火澆注料上的靜態(tài)結(jié)渣實驗，將實驗煤樣先破碎至13 mm以下，放在淺盤內(nèi)攤平(厚度不超過25mm) 在干燥箱中干燥后磨碎，再用不同篩孔的煤粉篩篩分，并將通過不同篩孔的煤粉盛于棕色玻璃瓶中放在干燥陰涼處保存?zhèn)溆?/span>。實驗煤樣中灰分礦物組成是影響結(jié)渣的主要原因之一，經(jīng)灰化處理后，灰中礦物成分最終將轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N金屬和非金屬的氧化物。經(jīng)化學(xué)分析方法測試得到實驗煤樣灰分的組成見表1。經(jīng)角錐法測量該煤樣煤灰的熔融特性溫度均在1450 ℃以上。
試驗選用AL2O3、Cr2O3 粉末，再加少量ZrSiO4、CMC( 羧甲基纖維素鈉)等，通過調(diào)節(jié)各組分含量，配置得到剛玉耐火澆注料，其組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36#白剛玉40%、15 #白剛玉7%、α-Al2 O3 微粉30% 、Cr2O3微粉15%、ZrSiO4微粉5%、CMC 3%。實驗用耐火澆注料板( 簡稱耐火板) 是將按上述比例的一定質(zhì)量的各組分混合后，再用少量水濕潤并混合均勻，然后在壓片機上經(jīng) 20 MPa 鍛壓成型為長×寬×厚分別40×35×6mm 的板狀物，并在1550 ℃下的空氣氣氛中燒結(jié)5 h得到。
圖1灰渣在耐火板上的表面行為是通過200目篩孔的，質(zhì)量為0.6g 煤灰在剛玉耐火板上，經(jīng)1250 ℃的還原性氣氛下煅燒5 h后的渣/板形貌結(jié)構(gòu)。圖2為200目篩孔的、質(zhì)量為0.6g的云貴煤灰在剛玉質(zhì)耐火板上，經(jīng)1250℃的氧化性氣氛中煅燒5h后的渣板形貌。與圖1 比較，主要的區(qū)別在于灰白色物質(zhì)的分布不同。在其他侵蝕條件相同的情況下，還原性氣氛中灰白色物質(zhì)均勻分布在耐火板上。還原性氣氛的作用圖1為渣樣已經(jīng)完全熔化，冷卻后由于表面張力的作用，呈明顯團聚收縮形貌。各測點灰白色物質(zhì)主要成分為 Fe、Cr、Ti，其中各測點 Ti 的含量都穩(wěn)定在2.4% 左右，而Cr的含量則隨 Fe 含量的增加而增加。這說明煤灰中Fe含量高的地方，與耐火板中Cr的反應(yīng)增加。
實驗煤灰中 Fe 的含量較高，在還原性氣氛條件下，可以發(fā)生如下反應(yīng):
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2
Fe2O3+CO→2FeO+CO2
Fe3O4+CO→3FeO+CO2
因此，還原氣氛中，煤灰中的一部分Fe以FeO的形態(tài)存在。與其他價態(tài)的鐵相比FeO 具有最強的助熔效果。FeO 能與 SiO2、A12O3、3Al2O3·2SiO2、CaO·A12O3·2SiO2等結(jié)合，其反應(yīng)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
這些生成的礦物之間又會產(chǎn)生低熔點的共熔物，因而使煤灰熔融性溫度降低。FeO·SiO2的熔點約為1147 ℃。它的存在降低了煤灰的熔融特性溫度。硅酸亞鐵與灰渣中的堿金屬氧化物 ( Na2O、K2O) 形成復(fù)雜的低熔點化合物的密度一般較小，如NaFe( SiO3 ) 2·FeSiO3密度為 3．2 g /m3 ~3.3 kg /m3，熔點約為1150 ℃。因此，還原性氣氛條件下，煤灰中的 Fe 轉(zhuǎn)化生成共晶化合物熔融后將浮于質(zhì)地較硬、密度較大的灰渣表面上。