為探尋適合在飛灰熔融爐中使用的耐火材料，以提高飛灰熔融爐的使用壽命，采用靜態坩堝法，對國內某公司飛灰熔融爐用熔鑄鋯剛玉磚AZS-41以及有望適用于飛灰熔融爐的高鉻磚CRB-86、鉻剛玉磚CRCB-30、剛玉磚CB-99和鋯英石磚DZB-69進行了抗飛灰侵蝕對比試驗，并對侵蝕后試樣進行了SEM和EDS分析。結果表明：1)熔鑄鋯剛玉磚AZS-41因結構致密而具有優異的抗飛灰滲透性，但抗飛灰侵蝕性能差。2)高鉻磚CRB-86抗飛灰滲透性較好，因其高含量Cr2O3的存在而具有優異的抗飛灰侵蝕性。3)鉻剛玉磚CRCB-30抗飛灰滲透性較差，因高含量且易被飛灰侵蝕的Al2O3的存在而表現出很差的抗飛灰侵蝕性。4)剛玉磚CB-99因顯氣孔率高，且Al2O3易被飛灰侵蝕，其抗飛灰滲透性和抗飛灰侵蝕性均最差。5)致密鋯英石磚DZB-69因結構致密而具有優異的抗飛灰滲透性；但因鋯英石相被飛灰中的堿性成分分解以致產生剝落，因此具有較差的抗飛灰侵蝕性。
垃圾焚燒后的部分殘余物一飛灰，含有大量毒性高、易致癌和污染大的重金屬和二噁英，如不進行嚴格而科學的管理，將對土壤和水質造成幾乎無法修復的污染。采用飛灰熔融爐高溫(>1400℃)處理飛灰，使其完全玻璃化后再冷卻成固態物質，然后進行填埋或用于生產玻璃纖維和裝飾材料等，是解決上述問題的有效手段。
飛灰熔融爐在歐美應用普遍。近年來，我國飛灰熔融爐的應用正在快速發展，并且設計日處理能力遠高于歐美。當前，我國飛灰熔融爐的關鍵耐火材料主要是熔鑄鋯剛玉制品。由于飛灰成分復雜，并且在熔融爐操作溫度下呈液態，因此對現用爐襯耐火材料的侵蝕非常嚴重，飛灰熔融爐用熔鑄鋯剛玉制品的使用壽命僅有3~4月。
為了探尋適合在飛灰熔融爐中使用的耐火材料，以提高飛灰熔融爐的使用壽命，在本工作中，采用靜態坩堝法，對國內某公司飛灰熔融爐用熔鑄鋯剛玉磚AZS-41以及有望適用于飛灰熔融爐的高鉻磚CRB-86、鉻剛玉磚CRCB-30、剛玉磚CB-99和鋯英石磚DZB-69進行了抗飛灰侵蝕對比試驗，希望從這方面為飛灰熔融爐爐襯的選材提供一些參考。
1試驗
試驗飛灰為垃圾焚燒后的飛灰收集料，其化學組成(w)為：SiO2 40.84%，Al2O3 12.20%，Fe2O3 3.10%，TiO2 0.54%，CaO 17.76%，MgO 3.28%，K2O 1.54%，Na2O 2.24%，P2O5 1.13%，S 1.10%， Cl-3.51%，灼減8.94%。
所用試驗磚及其理化性能指標見表1。除熔鑄鋯剛玉磚AZS-41為某公司飛灰熔融爐襯磚外，其他均為中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司產品。
表1 試驗磚的理化性能
抗飛灰侵蝕試驗參照GB/T8931—2007。將各試驗磚均制成外部尺寸為Φ70mmX70mm，內孔尺寸為Φ40mmx35mm的坩堝;在坩堝孔內添加50g飛灰，在1500℃保溫96h進行侵蝕試驗。試驗后，沿坩堝孔中心軸剖開，觀察剖面的侵蝕情況，并測各層厚度，同時利用Adobe Photoshop軟件計算各試樣的侵蝕面積百分率和滲透面積百分率;然后制成光片，采用德國EVO-18型掃描電鏡和X-Max50型能譜分析儀進行顯微結構和微區成分分析。
2結果與討論
2.1侵蝕試驗結果
抗飛灰侵蝕試驗后試樣的剖面照片見圖1。由圖1可以看出：從坩堝內壁往外，各試樣的顏色基本上均呈由深到淺的變化趨勢，可劃分為侵蝕層(包括蝕損區和附渣區)、滲透層和原磚層。對侵蝕層和滲透層顏色進行肉眼大致判定和測量，各試樣的抗飛灰由侵蝕試驗結果如表2所示。
圖1 侵蝕試驗后各試樣剖面的照片
表2 各試樣的抗飛灰侵蝕試驗結果
結合圖1和表2可以看出：坩堝AZS-41內有5mm厚的殘余熔融飛灰，且有大量析出物存在，說明其抗飛灰滲透性好，但抗飛灰侵蝕性較差;坩堝CRB-86內表面和底部的反應跡象不明顯，滲透層厚度僅為2 mm，具有很好的抗飛灰侵蝕性和抗飛灰滲透性；坩堝CRCB-30內殘余0.5mm厚的熔融飛灰，被輕微侵蝕，反應層和滲透層厚度分別為3和11mm，具有良好的抗飛灰侵蝕性，但抗飛灰滲透性差;坩堝CB-99內飛灰全部滲入坩堝，坩堝被嚴重熔蝕，骨料呈孤立狀，侵蝕層和滲透層厚度均達到13 mm，其抗飛灰侵蝕性和抗飛灰滲透性極差;坩堝DZB-69內有少量熔融飛灰殘余，坩堝熔蝕嚴重，結構疏松，反應層和滲透層厚度分別為8和5mm，抗飛灰滲透性較好，但抗飛灰侵蝕性較差。
由于各層的形狀很不規則，用傳統方法難以準確計算其侵蝕面積百分率和滲透面積百分率。為此，參照文獻，利用軟件分別統計、計算出侵蝕層和滲透層的像素數占剖面原始實體部分像素數的百分比，分別作為各試樣的侵蝕面積百分率和滲透面積百分率，結果見圖2。
圖2 試樣的侵蝕面積百分率和滲透面積百分率
由圖2可以看出：AZS-41和CRB-86的侵蝕面積百分率和滲透面積百分率都很小，表明兩種制品的抗飛灰侵蝕性和滲透性均很好；CB-99的侵蝕面積百分率和滲透面積百分率都最大，表明其抗飛灰侵蝕性和抗飛灰滲透性均最差；DZB-69的侵蝕面積百分率和滲透面積百分率均介于AZS-41和CB-99之間，表明其抗飛灰侵蝕性和滲透性均介于AZS-41和CB-99之間；CRCB-30的侵蝕面積百分率與AZS-41的相近，但其滲透面積百分率則與CB-99的相近，這表明CRCB-30的抗飛灰侵蝕性很好，但抗飛灰滲透性很差。歸納起來，各試驗磚的抗飛灰侵蝕性由好到差的排列順序為CRB-86>AZS-41>CRCB-30>DZB-69>CB-99，而抗飛灰滲透性由好到差的排列順序為AZS-41>CRB-86>DZB-69>CRCB-30>CB-99。
2.2侵蝕后試樣的顯微結構
抗飛灰侵蝕試驗后坩堝剖面靠近坩堝內孔底部的SEM照片見圖3，圖的上部指向坩堝內壁(以下稱為工作面)。可以看出：1)試樣AZS-41坩堝內壁有少量附渣，熔蝕后再析晶的ZrO2晶粒呈線形分布在渣中;組織結構被嚴重破壞，剛玉相被全部熔蝕，ZrO2晶粒因不與渣反應而呈孤島狀分布在渣相中。2)試樣CRB-86坩堝內壁未見附渣，試樣中的Cr2O3骨料顆粒保持完好，基質有被局部熔蝕的現象，總體侵蝕程度很輕。3)試樣CRCB-30坩堝內壁也未見附渣，本體中的Cr2O3骨料顆粒也基本上保持完好，但顆粒表面被侵蝕得極不整齊，基質的侵蝕也較為嚴重。4)試樣CB-99坩堝內壁亦未見附渣，工作面凸凹不平，整體結構破壞嚴重；表面基質結合相幾乎被熔蝕殆盡，基質晶粒呈孤島狀分布在玻璃相中；剛玉骨料(灰色)也有—定程度侵蝕。5)試樣DZB-69坩堝內壁有極少量附渣，工作面處出現了嚴重的結構膨脹以致剝落。
2.3分析討論
熔鑄鋯剛玉磚AZS-41結構致密，顯氣孔率僅為0.90%，熔融飛灰借以滲入的孔隙通道少，因此其抗飛灰滲透性非常好。ZrO2晶粒抗侵蝕性能優良，不與熔渣發生反應。工作面處的Al2O3和SiO2則被全部熔蝕，生成玻璃相，致使工作面處組織結構被完全破壞。這表明，熔融鋯剛玉制品雖然具有良好的抗飛灰玻璃滲透性能，但其抗侵蝕性能差。
高鉻磚CRB-86雖然氣孔率較熔鑄鋯剛玉磚AZS-41和致密鋯英石磚DZB-69高許多，但其中的主成分Cr2O3可與熔渣中的Fe2O3和MgO等成分反應生成熔點較高的復合尖晶石相，填充于氣孔中，起到阻塞氣孔通道的作用，所以其抗飛灰滲透性較好；因其含有高達86%(w)的Cr2O3，而Cr2O3的抗化學侵蝕性極強，只是因為基質內有起促燒作用的Al2O3存在而降低了其抗侵蝕性，因此該磚整體上具有優異的抗飛灰侵蝕性。
鉻剛玉磚CRCB-30的結構與高鉻磚CRB-86相似，但因其含有高達60%(w)的Al2O3，而Al2O3極易被飛灰侵蝕，因此該磚的抗飛灰侵蝕性受到限制。可以看出，Cr2O3含量越高，材料的抗飛灰侵蝕性越好。
剛玉磚CB-99的顯氣孔率最高，并且Al2O3易被飛灰侵蝕，因此其抗飛灰滲透性和侵蝕性均最差。
鋯英石磚DZB-69結構致密，顯氣孔率為2.70%，熔融飛灰借以滲入的孔隙通道少，因此其抗飛灰滲透性較好;但是，由于其結構內的鋯英石相易被飛灰中的堿性成分分解，分解伴隨較大的體積膨脹而容易導致結構剝落；同時，分解產物之一的SiO2快速被玻璃相熔蝕形成新的玻璃相。因此，該磚的抗飛灰侵蝕性和抗剝落性很差，不適宜應用于飛灰熔融爐。
3結論
(1)熔鑄鋯剛玉磚AZS-41因結構致密而具有優異的抗飛灰滲透性，能夠使用在飛灰熔融爐中；但抗侵蝕性能比較差，影響其使用壽命。
(2)Cr2O3具有優異的抗飛灰侵蝕性能，且隨著Cr2O3含量的增加，制品的抗飛灰侵蝕性能提升。因此，預判含鉻材料是飛灰熔融爐較為理想的內襯用耐火材料。
(3)由于剛玉磚抗飛灰侵蝕性極差,鋯英石制品易分解并產生剝落，兩者均不適合于飛灰熔融爐的使用。