對(duì)NGL爐現(xiàn)場(chǎng)用后鎂鉻磚的觀察，Cu–CuxO 等熔體對(duì)耐火材料的侵蝕以滲透為主，這種熔體深入滲透到鎂鉻磚結(jié)構(gòu)，可達(dá)260 mm 以上。耐火材料的體積密度和氣孔率隨著熔體的滲透而發(fā)生變化，表 1(理化指標(biāo))顯示殘磚滲透層的氣孔率較類(lèi)原磚層有大幅下降，體積密度相應(yīng)的增加，反映了材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的顯著變化。
圖1為鎂鉻磚(滲透層)各元素的面分布與 Cu2O 的能譜特征峰。由圖1可見(jiàn)，Cu–CuxO 等金屬熔體滲透形貌清晰可辨，電熔鎂鉻砂、鎂砂與基質(zhì)鉻鐵礦尖晶石結(jié)合界面的滲透(亮白色區(qū)域)主要由 Cu、O 元素組成。表2為圖 1a 中各點(diǎn) EDS 能譜成分(滲透層)。由表2可知，方鎂石晶粒與基質(zhì)鉻鐵尖晶石結(jié)合界面以金屬熔體氧化亞銅 (Cu2O)滲透為主。
NGL 火法精煉工序的廢雜銅一般雜質(zhì)含量在 4%～20%，廢雜銅雜質(zhì)含量明顯高于銅精礦熔融粗銅的雜質(zhì)量(0.5%～2.0%)，廢雜銅中含有 Pb、Zn、As、Sb、Bi、Ni、Fe 等金屬元素，NGL 爐精煉廢雜銅所含雜質(zhì)過(guò)多需反復(fù)氧化和造渣，致使?fàn)t襯耐火材料易被侵蝕。圖2為用后鎂鉻磚(反應(yīng)層)的XRD物相與顯微結(jié)構(gòu)。由圖2可知，鎂鉻磚熱面(反應(yīng)層)受 NGL爐渣與金屬銅熔體的雙重作用，熔渣與MgO顆粒反應(yīng)生成鎂橄欖石(含鐵)和(Mg,Fe,Ni)O 固溶體，與鉻鐵尖晶石形成(Mg,Fe, Ni)(Cr,Al,Fe)2O4 的復(fù)相尖晶石。殘磚反應(yīng)層XRD物相為方鎂石和鉻鐵礦尖晶石，少量橄欖石(含鐵)物相。鎂砂顆粒易受熔渣的侵蝕，部分方鎂石晶粒被溶渣侵蝕，在基質(zhì)或顆粒與基質(zhì)結(jié)合處溶解成孔及裂痕。鉻鐵礦顆粒沒(méi)有被深入侵蝕現(xiàn)象，在 1 700 ℃條件下，FeO 和 Cr2O3 在 MgO 的固溶度為 14%，反映了鎂鉻質(zhì)耐火材料具有良好的抗渣滲透能力。
由 NGL 爐渣中鐵、鎳、鋅等金屬元素的擴(kuò)散， 特別是鐵、鎳元素在爐渣中的含量較高，鉻鐵礦尖晶石中，三價(jià) Fe 3+ 易擴(kuò)散，趨向置換 Cr 3+ /Al 3+ 形成新型高鐵尖晶石。基質(zhì)中的鉻鐵礦尖晶石在鎂砂顆粒周?chē)c渣反應(yīng)形成高鐵尖晶石致密層，尖晶石致密層很好的保護(hù)了耐火材料顆粒，減弱了侵蝕作用，但嚴(yán)重的渣滲透的最終結(jié)果是導(dǎo)致靠近熱面鎂鉻磚的致密化。鎂鉻磚掛渣反應(yīng)層與滲透層界面附近應(yīng)力聚集，致使裂紋的形成與擴(kuò)展。對(duì)其 NGL 爐現(xiàn)場(chǎng)用后磚進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)殘磚掛渣反應(yīng)層存在明顯的深裂紋，裂紋擴(kuò)展最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剝落。