對NGL爐現場用后鎂鉻磚的觀察,Cu–CuxO 等熔體對耐火材料的侵蝕以滲透為主,這種熔體深入滲透到鎂鉻磚結構,可達260 mm 以上。耐火材料的體積密度和氣孔率隨著熔體的滲透而發生變化,表 1(理化指標)顯示殘磚滲透層的氣孔率較類原磚層有大幅下降,體積密度相應的增加,反映了材料內部結構和性質的顯著變化。

圖1為鎂鉻磚(滲透層)各元素的面分布與 Cu2O 的能譜特征峰。由圖1可見,Cu–CuxO 等金屬熔體滲透形貌清晰可辨,電熔鎂鉻砂、鎂砂與基質鉻鐵礦尖晶石結合界面的滲透(亮白色區域)主要由 Cu、O 元素組成。表2為圖 1a 中各點 EDS 能譜成分(滲透層)。由表2可知,方鎂石晶粒與基質鉻鐵尖晶石結合界面以金屬熔體氧化亞銅 (Cu2O)滲透為主。


NGL 火法精煉工序的廢雜銅一般雜質含量在 4%~20%,廢雜銅雜質含量明顯高于銅精礦熔融粗銅的雜質量(0.5%~2.0%),廢雜銅中含有 Pb、Zn、As、Sb、Bi、Ni、Fe 等金屬元素,NGL 爐精煉廢雜銅所含雜質過多需反復氧化和造渣,致使爐襯耐火材料易被侵蝕。圖2為用后鎂鉻磚(反應層)的XRD物相與顯微結構。由圖2可知,鎂鉻磚熱面(反應層)受 NGL爐渣與金屬銅熔體的雙重作用,熔渣與MgO顆粒反應生成鎂橄欖石(含鐵)和(Mg,Fe,Ni)O 固溶體,與鉻鐵尖晶石形成(Mg,Fe, Ni)(Cr,Al,Fe)2O4 的復相尖晶石。殘磚反應層XRD物相為方鎂石和鉻鐵礦尖晶石,少量橄欖石(含鐵)物相。鎂砂顆粒易受熔渣的侵蝕,部分方鎂石晶粒被溶渣侵蝕,在基質或顆粒與基質結合處溶解成孔及裂痕。鉻鐵礦顆粒沒有被深入侵蝕現象,在 1 700 ℃條件下,FeO 和 Cr2O3 在 MgO 的固溶度為 14%,反映了鎂鉻質耐火材料具有良好的抗渣滲透能力。

由 NGL 爐渣中鐵、鎳、鋅等金屬元素的擴散, 特別是鐵、鎳元素在爐渣中的含量較高,鉻鐵礦尖晶石中,三價 Fe 3+ 易擴散,趨向置換 Cr 3+ /Al 3+ 形成新型高鐵尖晶石;|中的鉻鐵礦尖晶石在鎂砂顆粒周圍與渣反應形成高鐵尖晶石致密層,尖晶石致密層很好的保護了耐火材料顆粒,減弱了侵蝕作用,但嚴重的渣滲透的最終結果是導致靠近熱面鎂鉻磚的致密化。鎂鉻磚掛渣反應層與滲透層界面附近應力聚集,致使裂紋的形成與擴展。對其 NGL 爐現場用后磚進行觀察,發現殘磚掛渣反應層存在明顯的深裂紋,裂紋擴展最終可能導致結構剝落。