玄武巖纖維以玄武巖礦石作為原料，在1 400～1 600 ℃的溫度下將玄武巖原料熔化，經(jīng)漏板拉絲成型。目前玄武巖纖維生產(chǎn)爐窯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要借鑒玻纖生產(chǎn)爐窯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其整體技術(shù)相對(duì)滯后。在爐窯設(shè)計(jì)中，內(nèi)襯耐火材料直接影響爐窯壽命，同時(shí)對(duì)纖維性能的穩(wěn)定性也有一定影響。

一：剛玉莫來(lái)石磚腐蝕機(jī)理

玄武巖纖維爐耐火材料分別取自于頂部加料口的剛玉莫來(lái)石磚和內(nèi)側(cè)壁高鉻磚為分析對(duì)象，玄武巖成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如下: ( SiO2 + Al2O3 ) : 66. 0%～71. 0% ，( FeO + Fe2O3 ) : 8. 5%～10. 5%，( CaO + MgO) : 13. 0%～17. 5%，( Na2O + K2O) : 3. 0%～5. 0%。

剛玉莫來(lái)石磚基體以剛玉相和莫來(lái)石相為主，而侵蝕層含有剛玉、莫來(lái)石、鐵鎂橄欖石、鐵鋁尖晶石和鈣長(zhǎng)石相。同時(shí)，侵蝕層中莫來(lái)石相衍射強(qiáng)度也顯著降低，這可能跟剛玉莫來(lái)石磚中莫來(lái)石相與玄武巖發(fā)生反應(yīng)有關(guān)，致使莫來(lái)石被消耗而減少，剛玉莫來(lái)石磚內(nèi)部孔隙度大，玄武巖粉塵熔化成熔液并通過(guò)開口孔侵入，剛玉和莫來(lái)石顆粒與玄武巖可能發(fā)生如下反應(yīng)：

CaO + Al2O3 + 2SiO2 → CaO·Al2O3·2SiO2 ( 鈣長(zhǎng)石) ( 1)

2CaO + Al2O3 + SiO2 → 2CaO·Al2O3·SiO2 ( 鈣黃長(zhǎng)石) ( 2)

3Al2O3·2SiO2 + CaO →Al2O3 + CaO·Al2O3·2SiO2 ( 3)

3Al2O3·2SiO2 + R2O →Al2O3 + R2O·Al2O3·2SiO2 (霞石) ( R: 堿金屬) ( 4)

Al2O3 + FeO →FeO·Al2O3 ( 鐵鋁尖晶石) ( 5)

Al2O3 + MgO →MgO·Al2O3 ( 鎂鋁尖晶石) ( 6)

2MgO + SiO2 →2MgO·SiO2 ( 鎂橄欖石) ( 7)

2FeO + SiO2 →2FeO·SiO2 ( 鐵橄欖石) ( 8)

3Al2O3 + 2SiO2 →3Al2O3·2SiO2 ( 二次莫來(lái)石) ( 9)

玄武巖熔體中含有 Na、K、Al、Si、Mg、Fe、Ca 等元素，在 CaO－Al2O3－SiO2－Na2O－FeO－MgO 多組元系中，剛玉莫來(lái)石磚中的剛玉和莫來(lái)石顆粒直接與 Na，K、Ca、Fe、Mg 等元素的氧化物生成鐵鎂橄欖石、鐵鋁尖晶石、長(zhǎng)石類等低熔點(diǎn)物質(zhì)而溶解成液相，液相的產(chǎn)生更有利于熔體中元素的擴(kuò)散和滲透，磚被進(jìn)一步侵蝕。當(dāng)然，玄武巖熔體中含有大量的 Fe 元素，容易在腐蝕層富集，其對(duì)侵蝕速率也有很大影響，F(xiàn)e元素存在+ 2價(jià)和+ 3價(jià)兩種價(jià)態(tài)，可能對(duì)侵蝕行為有促進(jìn)作用。

二：高鉻磚腐蝕情況

玄武巖熔體存在SiO2、Al2 O3、CaO、MgO、 FeO、Fe2O3以及堿金屬氧化物等組元，能與Cr2O3形成極小范圍的低熔點(diǎn)區(qū)，如CaO－SiO2－Cr2O3三元系統(tǒng)共晶點(diǎn)在1 400 ℃左右，F(xiàn)eO－SiO2－Cr2O3三元系統(tǒng)能形成最低為1155 ℃的低熔點(diǎn)物質(zhì)，Al2O3－SiO2－Cr2O3三元系統(tǒng)形成1 580 ℃共熔點(diǎn)考慮到氧化鉻本身的熔點(diǎn)很高 ( 2330℃) ，與其他物質(zhì)反應(yīng)生成的物質(zhì)熔點(diǎn)依然很高，如FeO、CaO、MgO與Cr2O3反應(yīng)生成 FeCr2O4 ( 熔點(diǎn): 2 050 ℃)、CaCr2 O4 ( 熔點(diǎn): 2 170 ℃) 、MgCr2 O4 (熔點(diǎn): 2400 ℃ ) 等高熔點(diǎn)尖晶石結(jié)構(gòu)的保護(hù)層阻礙玻璃液的進(jìn)一步侵蝕，對(duì)于磚的抗熔體性或者抗渣性是有利的，這也是高鉻磚腐蝕較慢的因之一。分析高鉻磚與玄武巖熔體非接觸區(qū)域和接觸區(qū)域的侵蝕形貌和測(cè)試結(jié)果，可能的侵蝕形式如下。

( 1) 高鉻磚與玄武巖熔體的非接觸區(qū)域表觀形貌呈多孔、疏松狀，可能是由于沒有液相保護(hù)層，因此隨著玄武巖揮發(fā)份沿著高鉻磚的晶界逐漸侵蝕，最后出現(xiàn)大塊晶粒剝落而成多孔狀; 同時(shí)，隨著侵蝕界面往磚體內(nèi)部推進(jìn)的過(guò)程中，ZrO2 在界面處成核、長(zhǎng)大并析出，最終脫落成孔，形成富 Si、Al 多孔、疏松狀的表觀表面。

( 2) 高鉻磚與玄武巖熔體的接觸區(qū)域表觀形貌呈光滑面，呈現(xiàn)出流體磨損侵蝕形式。因 Fe2O3、Cr2O3、Al2O3晶體結(jié)構(gòu)相似 ( α－Al2O3型)，離子半徑相近 R ( Fe3 + ) = 0. 65，R( Cr3+ ) = 0. 62，R( Al3 + ) = 0. 53，相互之間能形成連續(xù)的固溶體，熔體中的 Fe2O3、Al2O3與Cr2O3形成固溶體導(dǎo)致熔點(diǎn)有所降低，F(xiàn)e元素以固溶傳質(zhì)方式滲入高鉻磚基體內(nèi)部，造成晶格畸變，活化的界面區(qū)加速磨損侵蝕速率。Fe、Mg、Al 在磚體內(nèi)部?jī)上嘟缑嬖龆啵�可能以固溶方式形成�?fù)相尖晶石結(jié)構(gòu)保護(hù)層，一方面保護(hù)磚體; 另一方面，兩相的產(chǎn)生在界面處也可能出現(xiàn)應(yīng)力剝落，侵蝕界面繼續(xù)往高鉻磚基體內(nèi)部移動(dòng)。因此，F(xiàn)e、Al、Mg 等元素在界面的富集，說(shuō)明 Fe、Al、Mg 等元素在整個(gè)侵蝕過(guò)程中起著固溶－傳質(zhì)－擴(kuò)散的作用，高鉻磚固液界面因固溶而活化，在熔體“拉拽”物理作用 的協(xié)助下，高鉻磚更容易被侵蝕。