石油焦是煉油工藝的副產(chǎn)品，具有低灰分和一定的揮發(fā)分及高熱值的特性，灰分成分中含有相當多的硫、氮、釩、鈉等元素。用石油焦做氣化爐原料時其爐渣主要成分如下表1，為強酸性熔渣。經(jīng)熔渣侵蝕的高鉻磚結(jié)構(gòu)從熱面向外可分為掛渣反應(yīng)層、滲透層、原磚層 3層結(jié)構(gòu)。不同層的結(jié)構(gòu)和成分變化以及磚受不同熔渣侵蝕的機理下面分別予以介紹石油焦氣化爐用后高鉻磚的纖維結(jié)構(gòu)如圖1.

圖1（a）為表1中A試樣掛渣反應(yīng)層的SEM照片，掛渣層內(nèi)除了硅酸鹽低熔相外，還有清晰可見的針狀物，針狀物長約35μm，粗約1μm，能譜分析針狀物主要有Cr2O3和V2O5兩種成分組成，其中Cr2O3約占35%，V2O5約占60%；渣和耐火材料的界面呈鋸齒狀，部分Cr2O3顆粒倍熔蝕；反應(yīng)層部分Cr2O3和氧化鋁被熔蝕，氣孔內(nèi)充填有大量的玻璃相，結(jié)構(gòu)比較疏松。

從A試樣掛渣反應(yīng)層的XRD圖譜，可見在反應(yīng)層除了主晶相Cr2O3，還存在少量的混合型尖晶石和釩酸鉻相，混合型尖晶石相（MgFeTi）O（ALCrFe）2O3主要由熔渣內(nèi)的氧化鐵、氧化鎂和Cr2O3在距熱面較近的范圍內(nèi)反應(yīng)生成。能譜分析A試樣反應(yīng)層Cr2O3顆粒的化學(xué)組成為：Cr2O3 84.94% , V2O5 11.77% , A l2O3 3. 29%可見，大部分V2O5固溶到Cr2O3 顆粒里，這一點從原渣、掛渣層、反應(yīng)層和滲透層渣內(nèi)V2O5含量隨著滲入深度的增加急劇下降 (表3)也可得以印證。圖3為V2O5-Cr2O3 共存時的相圖，V2O5的熔點僅670℃，與 Cr2O3共存時，最低共熔溫度665℃,也就是說，磚在使用過程中會不斷與石油焦分解產(chǎn)生的 V2O5接觸產(chǎn)生固溶，可在非常低的溫度下形成液相，從而導(dǎo)致Cr2O3 顆粒的熔蝕，形成鋸齒狀的界面和反應(yīng)層的失強；熔蝕到渣內(nèi)的Cr2O3在冷卻時又會同V2O5共同析晶生成釩酸鉻 (CrVO4 )，即圖1 ( a)中所見的針狀物 (能譜分析針狀物的組成與釩酸鉻的理論組成相似 )。值得注意的是 , Al2O3與V2O5共存時的最低共熔溫度僅640℃,與V2O5接觸時也會導(dǎo)致它的熔蝕。

圖 1 ( b)為A試樣滲透層的SEM照片，滲透層內(nèi)存在大量的玻璃相，結(jié)構(gòu)比較疏松，主要由熔渣沿著磚中晶粒間的通道向磚內(nèi)滲透和熔蝕造成。熔渣在滲透過程中與磚內(nèi)的Cr2O3 和A l2O3接觸而造成其溶解，導(dǎo)致渣內(nèi)Cr2O3和A l2O3含量隨著縱向深度的增加而呈遞增趨勢(見表3)，從而熔蝕了耐火材料，破壞了基質(zhì)同骨料間的結(jié)合，造成其結(jié)構(gòu)疏松；并且距熱面不同的距離會有不同量和成分的渣在氣孔和晶界通道內(nèi)停留形成不同的段帶，這些不同的段帶因熱膨脹系數(shù)的差異在溫度波動時產(chǎn)生熱應(yīng)力導(dǎo)致磚的剝落而加速了其損壞。

圖1(c)為 A試樣原磚層的顯微照片，可見其骨料結(jié)構(gòu)比較疏松，含有一定量的閉氣孔，并可見少量的金屬鉻，判斷骨料由強還原氣氛下燒成的燒結(jié)Cr2O3顆粒組成，Cr2O3顆粒內(nèi)固溶有少量的氧化鋁，不同部位的固溶量有所差別，為制品燒結(jié)時產(chǎn)生的固溶。其基質(zhì)燒結(jié)良好，與骨料顆粒緊密燒結(jié)。