摘要： 本文深入探讨了浙江地区金属冶炼电炉原料背景下整体透气砖面对含钛炉料时的腐蚀特性。通过分析含钛炉料的特性、整体透气砖的成分与结构，结合实际生产中的腐蚀案例与实验研究，揭示了腐蚀发生的内在机制，并对提高透气砖耐腐蚀性的策略进行了探讨，旨在为浙江金属冶炼行业优化透气砖选型与生产工艺提供理论依据。

一、引言

在浙江金属冶炼产业蓬勃发展的当下，电炉冶炼作为重要环节，其原料复杂多样，含钛炉料因能改善钢材性能等优势被广泛使用。整体透气砖作为电炉关键耐火材料，起着调节炉内气氛、保证冶炼顺行的作用。然而，含钛炉料特殊的化学与物理性质使其对透气砖产生独特腐蚀挑战，深入研究二者交互作用下的腐蚀特性，对延长透气砖使用寿命、降低生产成本、保障电炉高效稳定运行至关重要。

二、含钛炉料特性剖析

（一）化学成分

含钛炉料中钛元素以钛氧化物（如 TiO₂）或钛铁合金等形式存在。TiO₂ 化学性质相对稳定，但在高温且特定气氛下具有一定活性，可能参与还原反应。例如在电炉强还原氛围中，TiO₂ 可被还原为钛的低价态氧化物或金属钛，引发一系列化学反应，改变炉内渣相成分与粘度，间接影响透气砖所处环境。

（二）物理形态

从物理角度看，含钛炉料粒度分布不均。较大颗粒在装料过程中易造成局部冲击磨损，细小颗粒则易填充于透气砖孔隙，阻碍气体透过，改变透气砖原本设计的工作状态。而且在高温烧结过程中，含钛颗粒与周围基质形成复杂结构，体积变化不规则，产生热应力作用于透气砖表面与内部结构。

三、浙江整体透气砖概述

（一）材质构成

浙江常用整体透气砖多以刚玉质、高铝质等为基础材质。刚玉质透气砖含较高氧化铝，硬度大、耐高温，但成本较高；高铝质透气砖性价比出众，氧化铝含量适中，能满足常规电炉需求。这些材质在烧成过程中形成致密烧结相，赋予透气砖初始强度与耐高温性能，其矿物相组成如刚玉相、莫来石相决定了基本物理化学特性。

（二）结构特点

整体透气砖具有均匀分布的气孔结构，气孔率、孔径大小及连通性经精心设计。气孔是气体渗透通道，确保电炉吹气操作顺畅，但同时也为含钛炉料腐蚀介质侵入提供路径。其外形尺寸精准，与电炉炉体安装部位紧密契合，保障密封性，防止熔渣泄漏，一旦腐蚀受损，不仅影响透气功能，还可能引发漏钢等严重事故。

四、腐蚀特性研究

（一）高温化学侵蚀

1. 在电炉高温环境（通常超 1600℃）下，含钛炉料中 TiO₂ 与透气砖中氧化铝发生固相反应。如 Al₂O₃ + TiO₂ → Al₂TiO₅（假板钛铝石），新生矿物相改变透气砖原有成分配比，降低材料高温强度与韧性，使砖体结构疏松，在炉内气流冲刷、机械振动下易剥落。

2. 当炉内呈还原气氛，CO 等还原性气体促使 TiO₂ 还原为 TiC 或 TiN 等非氧化物。以生成 TiC 为例，TiO₂ + 3CO → TiC + 2CO₂，TiC 硬度高、稳定性强，以细小颗粒弥散于透气砖基质，破坏材料连续性，加剧磨损腐蚀，且生成过程伴随体积收缩，产生微裂纹拓展腐蚀通道。

（二）热应力腐蚀

含钛炉料与透气砖热膨胀系数差异显著。电炉升温降温阶段，二者膨胀收缩不同步。如含钛炉料热膨胀系数约（8 - 10）×10⁻⁶/℃，透气砖刚玉质部分热膨胀系数（7 - 8）×10⁻⁶/℃，高铝质略高。这种差异导致热循环过程中，二者界面及透气砖内部产生热应力集中，当应力超材料强度极限，砖体出现裂纹，为含钛炉料侵蚀介质渗入提供便利，加速腐蚀进程。

（三）机械冲刷磨损

电炉装料、加料及冶炼前期炉料沉降过程，含钛炉料大块、硬颗粒高速冲击透气砖表面。刚玉质透气砖虽硬度高，但长期受局部高应力冲击，表面耐磨层磨损剥落，暴露出新鲜层面，新层面抗腐蚀性弱，迅速被含钛炉料侵蚀。高铝质透气砖硬度稍低，更易在机械冲刷下受损，且磨损凹坑易积聚炉料细粉，进一步催化化学腐蚀。

五、实际案例分析

浙江某不锈钢冶炼厂电炉曾频繁出现透气砖过早损坏问题。该厂使用含钛高炉渣作为炉料补充，一段时间后发现透气砖表面凹凸不平、大面积剥落，气体通透性急剧下降。经检测分析，透气砖表层 Al₂O₃ 含量降低，有 TiC 生成，结合电炉工况判断，是高温下含钛炉料与透气砖发生化学反应，同时装料撞击、温度骤变热应力共同作用结果。厂家更换抗热震、耐蚀性更强透气砖并优化装料工艺后，透气砖寿命显著提升。

六、提升耐腐蚀性策略

（一）材质优化

研发新型复合材质透气砖，如在刚玉 - 高铝基础上添加锆英石（ZrSiO₄）。锆英石高温稳定性好，能优先与 TiO₂ 反应形成锆钛硅酸盐保护层，阻止进一步侵蚀；或引入少量稀土氧化物，细化材料晶粒，净化晶界，提升高温强度与抗蚀性。

（二）结构改进

优化透气砖气孔结构，采用梯度气孔设计，表层较致密抗冲刷、腐蚀，内层气孔率高保透气性；或制备多层复合透气砖，功能分层，各司其职应对含钛炉料不同腐蚀手段。

（三）工艺调控

电炉操作上，精准控制炉内气氛，避免过度还原或氧化，减少 TiO₂ 有害反应；优化装料顺序与布料模式，降低含钛炉料对透气砖机械冲击；定期维护炉体，清理炉料结块，维持透气砖周边洁净工作环境。

七、结论

浙江金属冶炼电炉原料中含钛炉料对整体透气砖腐蚀是多因素协同作用结果，涵盖高温化学、热应力、机械冲刷等层面。深入理解腐蚀特性有助于针对性优化透气砖材质、结构与电炉工艺。未来，随着冶金技术发展，持续创新透气砖抗腐蚀技术，将为浙江电炉冶炼高效、绿色、低成本运行筑牢根基，推动金属冶炼产业迈向新高度。