为探寻适合在飞灰熔融炉中使用的耐火材料，以提高飞灰熔融炉的使用寿命，采用静态坩埚法，对国内某公司飞灰熔融炉用熔铸锆刚玉砖AZS-41以及有望适用于飞灰熔融炉的高铬砖CRB-86、铬刚玉砖CRCB-30、刚玉砖CB-99和锆英石砖DZB-69进行了抗飞灰侵蚀对比试验，并对侵蚀后试样进行了SEM和EDS分析。结果表明：1)熔铸锆刚玉砖AZS-41因结构致密而具有优异的抗飞灰渗透性，但抗飞灰侵蚀性能差。2)高铬砖CRB-86抗飞灰渗透性较好，因其高含量Cr2O3的存在而具有优异的抗飞灰侵蚀性。3)铬刚玉砖CRCB-30抗飞灰渗透性较差，因高含量且易被飞灰侵蚀的Al2O3的存在而表现出很差的抗飞灰侵蚀性。4)刚玉砖CB-99因显气孔率高，且Al2O3易被飞灰侵蚀，其抗飞灰渗透性和抗飞灰侵蚀性均最差。5)致密锆英石砖DZB-69因结构致密而具有优异的抗飞灰渗透性；但因锆英石相被飞灰中的碱性成分分解以致产生剥落，因此具有较差的抗飞灰侵蚀性。
垃圾焚烧后的部分残余物一飞灰，含有大量毒性高、易致癌和污染大的重金属和二噁英，如不进行严格而科学的管理，将对土壤和水质造成几乎无法修复的污染。采用飞灰熔融炉高温(>1400℃)处理飞灰，使其完全玻璃化后再冷却成固态物质，然后进行填埋或用于生产玻璃纤维和装饰材料等，是解决上述问题的有效手段。
飞灰熔融炉在欧美应用普遍。近年来，我国飞灰熔融炉的应用正在快速发展，并且设计日处理能力远高于欧美。当前，我国飞灰熔融炉的关键耐火材料主要是熔铸锆刚玉制品。由于飞灰成分复杂，并且在熔融炉操作温度下呈液态，因此对现用炉衬耐火材料的侵蚀非常严重，飞灰熔融炉用熔铸锆刚玉制品的使用寿命仅有3~4月。
为了探寻适合在飞灰熔融炉中使用的耐火材料，以提高飞灰熔融炉的使用寿命，在本工作中，采用静态坩埚法，对国内某公司飞灰熔融炉用熔铸锆刚玉砖AZS-41以及有望适用于飞灰熔融炉的高铬砖CRB-86、铬刚玉砖CRCB-30、刚玉砖CB-99和锆英石砖DZB-69进行了抗飞灰侵蚀对比试验，希望从这方面为飞灰熔融炉炉衬的选材提供一些参考。
1试验
试验飞灰为垃圾焚烧后的飞灰收集料，其化学组成(w)为：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%，灼减8.94%。
所用试验砖及其理化性能指标见表1。除熔铸锆刚玉砖AZS-41为某公司飞灰熔融炉衬砖外，其他均为中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司产品。
表1 试验砖的理化性能
抗飞灰侵蚀试验参照GB/T8931—2007。将各试验砖均制成外部尺寸为Φ70mmX70mm，内孔尺寸为Φ40mmx35mm的坩埚;在坩埚孔内添加50g飞灰，在1500℃保温96h进行侵蚀试验。试验后，沿坩埚孔中心轴剖开，观察剖面的侵蚀情况，并测各层厚度，同时利用Adobe Photoshop软件计算各试样的侵蚀面积百分率和渗透面积百分率;然后制成光片，采用德国EVO-18型扫描电镜和X-Max50型能谱分析仪进行显微结构和微区成分分析。
2结果与讨论
2.1侵蚀试验结果
抗飞灰侵蚀试验后试样的剖面照片见图1。由图1可以看出：从坩埚内壁往外，各试样的颜色基本上均呈由深到浅的变化趋势，可划分为侵蚀层(包括蚀损区和附渣区)、渗透层和原砖层。对侵蚀层和渗透层颜色进行肉眼大致判定和测量，各试样的抗飞灰由侵蚀试验结果如表2所示。
图1 侵蚀试验后各试样剖面的照片
表2 各试样的抗飞灰侵蚀试验结果
结合图1和表2可以看出：坩埚AZS-41内有5mm厚的残余熔融飞灰，且有大量析出物存在，说明其抗飞灰渗透性好，但抗飞灰侵蚀性较差;坩埚CRB-86内表面和底部的反应迹象不明显，渗透层厚度仅为2 mm，具有很好的抗飞灰侵蚀性和抗飞灰渗透性；坩埚CRCB-30内残余0.5mm厚的熔融飞灰，被轻微侵蚀，反应层和渗透层厚度分别为3和11mm，具有良好的抗飞灰侵蚀性，但抗飞灰渗透性差;坩埚CB-99内飞灰全部渗入坩埚，坩埚被严重熔蚀，骨料呈孤立状，侵蚀层和渗透层厚度均达到13 mm，其抗飞灰侵蚀性和抗飞灰渗透性极差;坩埚DZB-69内有少量熔融飞灰残余，坩埚熔蚀严重，结构疏松，反应层和渗透层厚度分别为8和5mm，抗飞灰渗透性较好，但抗飞灰侵蚀性较差。
由于各层的形状很不规则，用传统方法难以准确计算其侵蚀面积百分率和渗透面积百分率。为此，参照文献，利用软件分别统计、计算出侵蚀层和渗透层的像素数占剖面原始实体部分像素数的百分比，分别作为各试样的侵蚀面积百分率和渗透面积百分率，结果见图2。
图2 试样的侵蚀面积百分率和渗透面积百分率
由图2可以看出：AZS-41和CRB-86的侵蚀面积百分率和渗透面积百分率都很小，表明两种制品的抗飞灰侵蚀性和渗透性均很好；CB-99的侵蚀面积百分率和渗透面积百分率都最大，表明其抗飞灰侵蚀性和抗飞灰渗透性均最差；DZB-69的侵蚀面积百分率和渗透面积百分率均介于AZS-41和CB-99之间，表明其抗飞灰侵蚀性和渗透性均介于AZS-41和CB-99之间；CRCB-30的侵蚀面积百分率与AZS-41的相近，但其渗透面积百分率则与CB-99的相近，这表明CRCB-30的抗飞灰侵蚀性很好，但抗飞灰渗透性很差。归纳起来，各试验砖的抗飞灰侵蚀性由好到差的排列顺序为CRB-86>AZS-41>CRCB-30>DZB-69>CB-99，而抗飞灰渗透性由好到差的排列顺序为AZS-41>CRB-86>DZB-69>CRCB-30>CB-99。
2.2侵蚀后试样的显微结构
抗飞灰侵蚀试验后坩埚剖面靠近坩埚内孔底部的SEM照片见图3，图的上部指向坩埚内壁(以下称为工作面)。可以看出：1)试样AZS-41坩埚内壁有少量附渣，熔蚀后再析晶的ZrO2晶粒呈线形分布在渣中;组织结构被严重破坏，刚玉相被全部熔蚀，ZrO2晶粒因不与渣反应而呈孤岛状分布在渣相中。2)试样CRB-86坩埚内壁未见附渣，试样中的Cr2O3骨料颗粒保持完好，基质有被局部熔蚀的现象，总体侵蚀程度很轻。3)试样CRCB-30坩埚内壁也未见附渣，本体中的Cr2O3骨料颗粒也基本上保持完好，但颗粒表面被侵蚀得极不整齐，基质的侵蚀也较为严重。4)试样CB-99坩埚内壁亦未见附渣，工作面凸凹不平，整体结构破坏严重；表面基质结合相几乎被熔蚀殆尽，基质晶粒呈孤岛状分布在玻璃相中；刚玉骨料(灰色)也有—定程度侵蚀。5)试样DZB-69坩埚内壁有极少量附渣，工作面处出现了严重的结构膨胀以致剥落。
2.3分析讨论
熔铸锆刚玉砖AZS-41结构致密，显气孔率仅为0.90%，熔融飞灰借以渗入的孔隙通道少，因此其抗飞灰渗透性非常好。ZrO2晶粒抗侵蚀性能优良，不与熔渣发生反应。工作面处的Al2O3和SiO2则被全部熔蚀，生成玻璃相，致使工作面处组织结构被完全破坏。这表明，熔融锆刚玉制品虽然具有良好的抗飞灰玻璃渗透性能，但其抗侵蚀性能差。
高铬砖CRB-86虽然气孔率较熔铸锆刚玉砖AZS-41和致密锆英石砖DZB-69高许多，但其中的主成分Cr2O3可与熔渣中的Fe2O3和MgO等成分反应生成熔点较高的复合尖晶石相，填充于气孔中，起到阻塞气孔通道的作用，所以其抗飞灰渗透性较好；因其含有高达86%(w)的Cr2O3，而Cr2O3的抗化学侵蚀性极强，只是因为基质内有起促烧作用的Al2O3存在而降低了其抗侵蚀性，因此该砖整体上具有优异的抗飞灰侵蚀性。
铬刚玉砖CRCB-30的结构与高铬砖CRB-86相似，但因其含有高达60%(w)的Al2O3，而Al2O3极易被飞灰侵蚀，因此该砖的抗飞灰侵蚀性受到限制。可以看出，Cr2O3含量越高，材料的抗飞灰侵蚀性越好。
刚玉砖CB-99的显气孔率最高，并且Al2O3易被飞灰侵蚀，因此其抗飞灰渗透性和侵蚀性均最差。
锆英石砖DZB-69结构致密，显气孔率为2.70%，熔融飞灰借以渗入的孔隙通道少，因此其抗飞灰渗透性较好;但是，由于其结构内的锆英石相易被飞灰中的碱性成分分解，分解伴随较大的体积膨胀而容易导致结构剥落；同时，分解产物之一的SiO2快速被玻璃相熔蚀形成新的玻璃相。因此，该砖的抗飞灰侵蚀性和抗剥落性很差，不适宜应用于飞灰熔融炉。
3结论
(1)熔铸锆刚玉砖AZS-41因结构致密而具有优异的抗飞灰渗透性，能够使用在飞灰熔融炉中；但抗侵蚀性能比较差，影响其使用寿命。
(2)Cr2O3具有优异的抗飞灰侵蚀性能，且随着Cr2O3含量的增加，制品的抗飞灰侵蚀性能提升。因此，预判含铬材料是飞灰熔融炉较为理想的内衬用耐火材料。
(3)由于刚玉砖抗飞灰侵蚀性极差,锆英石制品易分解并产生剥落，两者均不适合于飞灰熔融炉的使用。