常见耐火材料抗碱侵蚀性能分析

1、硅铝系耐火材料

Al2O3-SiO2系耐火材料的基本化学组成是氧化铝和二氧化硅，碱金属对Al2O3-SiO2质耐火材料的侵蚀是因为形成了白榴石、钾霞石、β-刚玉等，其的生成导致耐材内衬体积发生膨胀，最终导致了碱裂解现象的发生。反应产物取决于碱浓度和耐火材料中的Al2O3、SiO2的含量。碱金属对各种硅铝质耐火材料膨胀破坏的程度各不相同。

高铝砖（莫来石成分）的耐火材料在碱性氛围中的破损膨胀较为严重。碱金属同莫来石反应，在700～1 10 ℃生成霞石，含碱物相的生成会产生20%～25%的体积膨胀，导致材料损毁。刚玉质耐火材料抗碱金属性能较好， 体积变化最小。

另外，碱金属对耐火材料的腐蚀性能受具体反应温度、气氛、反应时间及碱金属存在形态的影响。不同气化工艺在选择气化炉内衬耐火材料时，应结合自身工艺特点及在气化炉内使用部位、具体反应工艺条件（气氛、温度等）、K形态等的不同而选取不同的耐火材料。但在高温和高碱金属浓度下，不存在绝对抗碱金属侵蚀的硅铝质耐火材料。因此，对于碱金属循环积累严重的高炉，下部不应采用高铝内衬，另外，气孔度是影响耐火材料抗碱金属性能的关键因素之一。

2、含铬耐火材料

镁铬质、铬刚玉铜陵耐火材料耐火度高，高温强度大，抗热震性优良。由于其良好的抗碱性能及优良的耐高温特性，镁铬质耐火材料长期用作碱回收炉炉衬耐材。含铬耐火材料中Cr2O3， 特别是基质中的Cr2O3有利于增大材料密度和热态结合强度， 降低气孔率， 改善抗渣侵蚀性。但是Cr2O3与铬矿在氧化气氛下易与碱金属氧化物（K2O、Na2O）反应生成低熔点的六价铬酸盐，该反应的发生，一方面不仅破坏了Cr2O3 与铬矿的结构，而且形成的低熔物还会渗入砖内。

3、铝酸钙系耐火材料

CaO-Al2O3二元系统中包括两个重要的化合物，即二铝酸钙、六铝酸钙。因良好的水硬化能力、脱碳能力及高温使用性能，在建材、冶金、国防等行业应用广泛。

六铝酸钙（CaAl12O19或CaO·6Al2O3，简写为CA6，矿物名称：黑铝钙石），因较好的理化性能近年来倍受关注。其在CaO-Al2O3二元系统中，抗水化性最好、熔点（最高约1830℃分解熔融）。

CA6晶体各向异性生长，可形成六方片状晶体形貌，该晶型具有微孔结构，且在一定温度范围内能抑制烧结，保持材料的显气孔率基本不变，降低导热系数。值得一提的是，CA6与Al2O3具有极好的适配性，两者因平均热膨胀系数十分接近，可以进行任意配比而不会引起膨胀失配。同时，由于CA6熔点高，在高温还原性气氛下稳定性好，在碱性环境中具有较好的抗侵蚀能力。

在高温条件下，刚玉、CA6都会同 K2O反应。刚玉与氧化钾反应生成β-刚玉，伴随着较大的体积膨胀，这是造成耐火内衬破坏的主要原因之一。

4、镁铝尖晶石系耐火材料

镁铝尖晶石（MgO·A12O3或 MgAl2O4，简写为 MA）是MgO-A12O3二元系统中唯一稳定存在化合物。镁铝尖晶石为各向同性的八面体结构，Al-O、Mg-O间以离子键结合，其静电键强度相同，结构稳定。该种晶体结构]保证了MA 耐材优异的热震稳定性及耐磨性能，且在氧化还原性气氛下，对游离的SO2/SO3及K2O/Na2O具备较佳的抗侵蚀性。因此，MA 在铜陵耐火材料行业应用广泛。另外，镁铝尖晶石熔点高（2 135 ℃）、导热系数低、热膨胀系数小、强度高、硬度大、抗冲击、抗碱侵蚀能力强，且对铁的氧化物的作用也很稳定。

5、复合材料

鉴于CA6及MA均具有较好的抗碱腐蚀性能，且CA6及MA的热膨胀系数相近、相容性好，可以任意比例配合，不存在膨胀失配问题。因此，可考虑将两种材料复合使用，目前已研制出CA6-MA复合轻质骨料，具有良好的热震稳定性、耐侵蚀性、耐磨性能及良好的抗渣侵蚀性。

（6）铝炭系耐火材料

铜陵耐火材料铝炭系耐火材料在高炉上应用较多，如在存在碱蚀的铁水预处理炉、熔融还原炉都有着应用或潜在应用前景。其中SiAlON （碳化硅类）结合刚玉材质成为大型高炉上的关键耐火材料。在还原性气氛下，富含碱金属的高炉炉渣对SiAlON 结合刚玉砖的侵蚀速度较小，其侵蚀机理为SiAlON 与碱蒸气反应生成钾霞石，并参与了硅酸盐玻璃相的生成；刚玉颗粒与灰渣中的氧化亚铁、氧化钠和氧化钾等反应生成铁铝尖晶石及少量针状β-氧化铝。

但SiC在氧化性工况下使用，SiC氧化成SiO2，可生成碱硅酸盐，产生高温粘结相，与表面层反应同步，易形成挂渣层。这一方面可能会减缓碱蚀过程，但该高温粘结相的存在同时会粘附耐火材料及灰渣，可能进一步生成霞石及其他低温共熔物，造成基质脆化损毁。