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(dāng)多的硫、氮、釩、鈉等元素。用石油焦做氣化爐原料時(shí)其爐渣主要成分如下表1，為強(qiáng)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(jī)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(jiàn)的針狀物，針狀物長(zhǎng)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(jiàn)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(jiàn)，大部分V2O5固溶到Cr2O3 顆粒里，這一點(diǎn)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(shí)的相圖，V2O5的熔點(diǎn)僅670℃，與 Cr2O3共存時(shí)，最低共熔溫度665℃,也就是說(shuō)，磚在使用過(guò)程中會(huì)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(qiáng)；熔蝕到渣內(nèi)的Cr2O3在冷卻時(shí)又會(huì)同V2O5共同析晶生成釩酸鉻 (CrVO4 )，即圖1 ( a)中所見(jiàn)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(shí)的最低共熔溫度僅640℃,與V2O5接觸時(shí)也會(huì)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(guò)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(shì)(見(jiàn)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(huì)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(dòng)時(shí)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(jiàn)其骨料結(jié)構(gòu)比較疏松，含有一定量的閉氣孔，并可見(jiàn)少量的金屬鉻，判斷骨料由強(qiáng)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(shí)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)。