电炉顶高铝砖的作业条件是相当恶劣的,最高工作温度1650℃,特别是在还原期中炉顶高铝砖长期处于高温状态,出钢后补好炉时温度下降到1350℃,顶装料的炉子装料时,炉顶暴漏在大气中,急剧冷却到800℃以下,除受高温和温度急变的冲击外,炉顶高铝砖在高温下还受到由造渣、补炉材料带来的CaO、MgO和炉尘中的FeO等氧化物的腐蚀作用。从而引起了多方面的破坏应力。这些作用破坏的程度,取决于砖的物理—化学性质、高温和机械性能如何,也与冶炼操作及炉顶高铝砖的砌筑情况有密切的关系。
观察被损毁后的残砖,大致可分为三带:反应带,过渡带和未变带。从外观看,反应带由灰褐色和枯黄色组成。灰褐色具有脂肪光泽,异常致密坚硬。在反应带的表层有一层烟瘤,在边缘有很厚一层分布不均的较多铁渣存在,铁渣直径1~10mm,而在边缘部位则厚达50mm左右,这是在灼烧状态下沿炉顶拱形熔流的结果。过渡带为棕褐色或黄褐色,致密坚硬。未变带,呈米黄色,可见黄白色熟料颗粒。高温区反应带长度为15mm,过渡带长度为10mm。过渡带进行着刚玉、莫来石晶体的发育和二次莫来石化。
根据残砖判断使用在电炉顶上的高铝砖的腐蚀过程,主要是由造渣和补炉用的石灰、萤石和冶金白云砂中的CaO和MgO引起的。反应带中还含有相当数量的铁的氧化物参与反应。在灼热的高温状态下,砖体本身不仅生成液相,而且同外来熔剂作用,结果在砖体表面形成一个多元体系的熔体。当每一个熔炼周期结束,间隔20~25分钟,开始冶炼下一炉钢时,炉顶急剧冷却到下于800℃,此时由不同组成的液相析出不同结晶和冷却呈玻璃质,当重新升温熔炼时,发生玻璃质的熔化和晶相的溶解,在此过程中,部分熔体滴落于钢渣中,部分熔体却在不断向砖体内渗透与作用,这样使砖的未变带逐渐变成过渡带,过渡带又变成反应带,如此反复推移,使砖体不断被损耗。
电炉顶高铝砖的损耗不仅是化学作用,而且在熔炼过程中还常发现高铝砖体呈片状剥落的现象。经使用后的高铝砖体观察,产生剥片的原因是由于过渡带急剧收缩产生横断裂纹,其主要原因是原砖中的杂质和渗入的熔剂向高铝砖的冷端转移,聚集于过渡带,在高温下形成大量液相同时过渡带在外来杂质和高温作用下,刚玉进行再结晶长大,特别是高铝砖中刚玉、莫来石结晶和再结晶过程不足时,使用温度下收缩增大。此外还有冶炼上的多种原因。
总之电炉顶高铝砖的损毁,主要是化学腐蚀和高铝砖体剥落掉片但就化学腐蚀而言,AL2O3含量不低于75%的高铝砖是比较好的,高铝砖体的剥落掉片会降低炉顶寿命,而剥落掉片又是化学腐蚀的必然结果,炉温的波动变化,则是造成产生裂纹剥落掉片的条件。
根据对电炉顶高铝砖的损毁分析,要提高电炉顶的寿命,就必须提高高铝砖的质量,力求制造高纯度、高密度、耐崩裂性的电炉顶砖。同时,也可根据当下电炉顶耐火砖的更新迭代,将电炉顶耐火材料,做成采用铬刚玉浇注料一体预制成型的免烧预制块,免去采用高铝砖拼砌成型的灰缝及抗侵蚀应力的不足之处。