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瑞泰科技股份有限公司焦耳炉高性能耐火材料研究团队，在《硅酸盐学报》发表了题为“熔铸锆铬刚玉耐火材料抗硼硅酸盐熔体的侵蚀行为”的论文。↓论文链接↓
https://gxyb.cbpt.cnki.net/portal/journal/portal/client/paper/5e8f1d3edc44434042153e1b3e00ca3f
论文综述：
核能作为高效清洁能源，对解决能源供需矛盾、维持经济可持续发展至关重要。中国核能发电量持续增长，但伴随而来的是高放废液的处理问题。目前，高放废液玻璃固化技术是处理此类废液的成熟工艺，硼硅酸盐玻璃因其优良性能成为首选基材。玻璃固化的关键设备是焦耳加热陶瓷熔炉，由于具有熔炉尺寸不受限制、单位时间的玻璃固化体产率高、贵金属的相容性好等优势，在高放废液的玻璃固化工程领域占据着主要地位。该熔炉是在1150～1200℃的工作温度下，将高放射性废物与硼硅酸盐玻璃一起混熔，以形成硼硅酸盐玻璃固化体。为了提高焦耳加热熔炉的使用寿命，熔炉内衬需要采用抗玻璃液侵蚀性能优异的熔铸耐火材料，国际上普遍采用的是熔铸锆铬刚玉(AZCS)材料。
目前，中国已开始进行该新型熔铸耐火材料的研制工作，研究表明，AZCS的主晶相为铝–铬固溶体，次晶相为斜锆石，无定形的玻璃相充填于晶体之间，不存在刚玉Al2O3–ZrO2共晶体，也无游离的Cr2O3晶体存在。由于(Al,Cr)2O3固溶体具有良好的化学稳定性，而且ZrO2有阻碍(Al,Cr)2O3固溶体晶粒过分长大的作用，提高了材料结构的致密化程度。但对于该材料在硼酸盐玻璃固化体中的侵蚀研究未见报道。
为此，瑞泰科技焦耳炉高性能耐火材料研发团队研究了AZCS材料在硼硅酸盐玻璃固化熔体中的侵蚀机理，对于进一步优化该材料的物相组成和结构，进行材料制备及其性能质量升级具有参考意义。研究取得的成果如下。
研究成果：
1. 侵蚀试验表明，熔铸AZCS耐火材料液面线处的侵蚀速率为0.53mm·d–1，而液面下1/2处侵蚀速率仅为0.13mm·d–1，具有较好的抗硼硅酸盐玻璃侵蚀性能。按其侵蚀程度可划分为变质层、过渡层和中心层，其中变质层的最大厚度为943μm，过渡层的最大厚度为648μm，中心层的剩余厚度至少达6818μm，相当于试样初始厚度的68%，各层分界较为明显[图1(a、b)]。
2. 变质层的侵蚀程度最大，铝–铬固溶体和斜锆石消失，基本只存在未被溶解的Cr2O3相，残留的Cr2O3结构松散，呈蠕虫状形貌。过渡层与中心层的蚀变程度较低，过渡层存在的物相为单斜氧化锆、镁铝尖晶石、Cr2O3、玻璃相；中心层存在的物相为单斜氧化锆、铝–铬固溶体、玻璃相、少量Cr2O3及镁铝尖晶石[图2(a、b、c)]。
3. 铝–铬固溶体的脱溶及热解反应主要发生在侵蚀程度较大的变质层及过渡层，会导致铝–铬固溶体在降解蚀变的过程中产生稀松的结构，从固溶体脱溶的Al2O3与渗透扩散进材料中的MgO发生原位反应，生成镁铝尖晶石新相，并与残余的Cr2O3一起就地形成混合型晶体[图3(a、b、c)],[图4]。
图1. 侵蚀试样结构SEM图
图2. 过渡层和中心层的显微形貌
图3. Al2O3从铝–铬固溶体中脱溶
图4. 中心层中MA新相/Cr2O3构成的混合型晶体
主要创新点：
本文的创新点包括：研究了新型熔铸耐火材料Al2O3–ZrO2–Cr2O3–SiO2(AZCS)在硼硅酸盐玻璃熔体中的抗侵蚀行为，为该材料在高温、高侵蚀性条件下的性能提供了重要参考。通过对侵蚀试验结果的分析，发现材料在侵蚀后可以划分为变质层、过渡层、中心层，并详细描述了不同层次中相的变化情况，为理解材料侵蚀机理提供了新的视角。通过X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察等手段，揭示了材料侵蚀前后的物相变化，特别是在不同层次中铝–铬固溶体、斜锆石和镁铝尖晶石的溶解消失情况，为材料性能优化和制备提供了重要参考。对材料的抗侵蚀机理进行了深入探讨，包括界面玻璃的表面张力、铝–铬固溶体的脱溶作用等，为进一步优化材料的物相组成和结构提供了理论支持。
团队简介：
焦耳炉熔铸耐火材料研发项目组
在耐火材料中央研究院王俊涛院长的组织下，焦耳炉熔铸耐火材料研发项目组于2022年成立。该项目组汇聚了公司耐火材料中央研究院及湘潭分公司的精锐力量，包括3名正高级工程师、6名副高级工程师以及3名工程师。为完成总院交予的新型熔铸耐火材料的研发任务，该团队在项目执行过程中攻坚克难，研发成功了熔铸铬刚玉耐火材料，并拥有了该材料的多项自主知识产权，打破了国外企业对该材料的技术垄断，实现了该材料的国产化。
