經(jīng)過多年對多臺工業(yè)硅爐襯的設(shè)計(jì)，材料供應(yīng)及砌筑施工與眾多25.5MVA以上挖爐狀況分析，爐襯損壞最多的部位為：爐眼、爐底三角區(qū)碳素材料及爐墻碳磚氧化、開裂現(xiàn)象。造成這些損壞情況的原因經(jīng)過分析認(rèn)為；傳統(tǒng)的碳素材料抗氧化和抗侵蝕性能達(dá)不到大型工業(yè)硅爐冶煉要求，導(dǎo)致碳磚氧化過快及高溫硅水侵蝕嚴(yán)重，傳統(tǒng)的接觸高溫部位的高鋁磚經(jīng)受不住正常或超負(fù)荷生產(chǎn)的高溫，致使高鋁磚逐漸軟化變形，引起熔池區(qū)碳素材料受高溫、壓力作用下拉開縫隙，導(dǎo)致穿爐事故，被迫停爐檢修。
工業(yè)硅冶煉基本使用保溫碳磚爐襯，碳磚具有熔點(diǎn)高、抗熱震性好、高溫強(qiáng)度高、不為合金和爐渣浸潤等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是易氧化。在400℃以上流通的空氣流可迅速氧化碳磚。CO2和水蒸氣在600℃以上的溫度中會對碳制品有氧化作用。
普通炭磚的氣孔率在20%左右，氧氣除在碳磚表面發(fā)生反應(yīng)外，還通過這些氣孔通道進(jìn)入磚內(nèi)與碳磚反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)有些石墨材料氧化時，內(nèi)部的氧化比其表面更加嚴(yán)重，這種現(xiàn)象被稱為“逆氧化現(xiàn)象”。氣氛是影響氧化速度的另一個重要因素，所以碳磚只能在隔絕空氣的高溫條件下使用，電爐爐殼在正常使用前要進(jìn)行檢漏，不允許焊縫漏氣。
在冶煉過程中，碳與氧化物有充足的條件進(jìn)行反應(yīng)生成金屬或金屬的碳合物，這也是造成碳磚損毀的原因之一。冶煉過程嚴(yán)重缺碳操作將使?fàn)t襯碳磚充當(dāng)還原劑而被蠶食，爐內(nèi)積存的高溫硅水在不飽和的情況下也可與碳磚生成穩(wěn)定的碳化物，從而造成碳磚的侵蝕。
在一些發(fā)生漏爐的工業(yè)硅礦熱爐，將爐體解剖后發(fā)現(xiàn)碳磚下部的耐火磚縫中有大量金屬硅，與所煉的產(chǎn)品成分差別很大。碳磚的導(dǎo)熱率由6W/（m·K）增加到31W/（m·K），高鋁磚的導(dǎo)熱率增加了4倍，磚中的SiO2含量增加，還發(fā)現(xiàn)有金屬硅。碳磚和高鋁磚導(dǎo)熱性質(zhì)的改變使?fàn)t內(nèi)溫度分布發(fā)生變化。碳磚下部溫度可提高到1700~1800℃，下部的金屬層厚度可以達(dá)到60~70cm。礦相研究證明，耐火磚的幾何尺寸變化不是由于燒結(jié)引起的，而是由于氣相SiO滲透到耐火磚內(nèi)部發(fā)生歧化反應(yīng)使硅和SiO2沉積引起的。堿金屬在冶金爐襯的損毀過程中的作用不容忽視（為了提高爐渣的流動性和排渣加入過量堿性物質(zhì)），通常認(rèn)為碳磚的石墨化溫度高達(dá)1800℃，但是存在堿金屬時石墨化的溫度降低到950℃。碳磚的石墨化使炭磚導(dǎo)熱性大大改善，當(dāng)爐況正常且爐溫較高時，鉀和鈉會從氧化物中還原出來以氣相穿透和侵蝕耐火材料。曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些部位的高鋁磚AL2O3含量由70%減少到22%，K2O含量達(dá)4%。工業(yè)硅電爐冶煉過程中曾經(jīng)有過蘇打熔體在出鐵口以下部位流出的先例。埋弧電爐中不合理的電流分布也是爐墻損毀的重要原因之一，當(dāng)電極至爐墻的電壓梯度大于電極之間的電壓梯度時，電流就會流向爐墻提高這一部位溫度。這會加劇爐渣對爐墻的化學(xué)侵蝕和機(jī)械沖刷作用。
下圖為礦熱電爐設(shè)計(jì)單位提供的工業(yè)硅爐膛內(nèi)各部位溫度示意圖，就30MVA工業(yè)硅爐內(nèi)各部位主要部位正常生產(chǎn)時溫度分布的情況。
根據(jù)上圖，工業(yè)硅爐襯在正常生產(chǎn)時，其中心熔池反應(yīng)溫度高達(dá)2000℃以上；爐底及爐墻側(cè)部炭磚溫度達(dá)到1800℃左右，經(jīng)過熱傳導(dǎo)，傳遞到接觸碳素材料部位的耐火磚表面的溫度均達(dá)到了1550℃（如果爐膛參數(shù)設(shè)計(jì)不合理或超溫超負(fù)荷的情況下溫度會更高），傳統(tǒng)的爐襯材料設(shè)計(jì)為：爐墻從外到內(nèi)分別為；絕緣石棉板、保溫層、高鋁磚、碳磚。傳統(tǒng)的爐襯材料配置里高鋁磚受高溫及熱力的條件下極容易變形軟化，導(dǎo)致熔池區(qū)域的碳素材料隨之變形拉開縫隙，最后導(dǎo)致高溫硅水從碳素材料縫隙漏出形成穿爐事故。