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熔渣侵蚀下该如何选用耐火材料

添加时间:2017年2月20日  浏览次数:

耐火材料工业曾被描绘为“工业背后的工业”,以及冶金工业和无机非金属材料工业等其他高温工业的“支撑工业和先行工业”。耐火材料的抗渣侵蚀性,简称抗渣性,是指耐火材料高温抵抗炉渣侵蚀和冲刷作用而不易损坏的能力。渣蚀是耐火材料侵蚀和使用过程中很常见的,大约有 50%~60 的耐火材料损坏是由于各种各样的熔渣侵蚀引起的,如各种炼钢炉炉衬、盛钢桶工作衬、有色金属冶金炉衬玻璃池窑的池壁等的损坏多是由侵蚀引起的。在理论上深入探讨耐火制品的侵蚀机理,结合实际使用工作环境,调整耐火材料的化学组成和生产工艺,可大幅度提高耐火材料的抗渣性,从而延长其寿命。因此,耐火材料抗侵蚀性的好坏是影响耐火材料使用寿命的一个重要因素,也是判断其质量优劣的一个重要指标。耐火材料的抗渣性能的提高和发展对钢铁等工业的发展尤其重要。

1:熔渣侵蚀机理和方式

熔渣从广义上来说是指高温下与耐火材料相接触的冶金炉渣、燃料灰分、飞尘和各种固态(烧结水泥、石灰、铁屑)、液态(熔融金属、玻璃液等)和气态物质(一氧化碳、氟、硫)等。其侵蚀机理就是耐火材料在熔渣中的溶解过程和熔渣向耐火材料内部的渗透过程。

1.1单纯溶解过程

耐火材料与熔渣不发生化学反应的物理溶解过程,如高炉炉底碳砖向铁水中的溶解。

1.2反应溶解过程

耐火材料与熔渣在其界面处发生化学反应,使耐火材料的工作面部分转变为低熔物而溶于渣中,同时改变了熔渣和制品的化学组成。

1.3 侵入变质溶解过程

熔渣通过气孔侵入耐火材料内部深处,或通过耐火材料的液相扩散和向耐火材料的固相中扩散,使制品的组织结构发生质变而熔解。镁质制品的侵蚀即为典型的侵入过程。

2:熔渣的侵入方式

2.1通过气孔侵入

气孔侵入是熔渣侵入速度最快的一种方式以镁砖为例,其与C-A-S-系统熔渣反应的侵入速度公式如下

熔渣侵蚀公式

从上式可知 耐火材料的开口气孔率越高熔渣侵入速度越快侵入速度与气孔率成正比与气孔的形状、大小、分布也有密切关系。

2.2通过耐火制品的液相侵入

关于熔渣通过耐火材料中液相的侵入速度公式至今尚未确定,但从耐火材料结构中少量液相以孤立分散状态存在的直接结合砖中,熔渣对其侵入很少这一事实,可以理解其影响情况,特别是在碱性耐火材料中形成的液相粘度较低,熔渣在此液相内的扩散,相对是较快的

2.3 在耐火制品的固相中扩散

当溶渣中含有强熔剂成分时如(Na2O、K2O)等,该熔渣在高温下与耐火制品的固相反应,形成低共熔化合物,从而降低耐火制品的抗渣性。当然,这种扩散方式的扩散速度与上述两者相比,通常是较小的。

3:耐火材料分类的抗侵蚀要素

3.1 熔渣和耐火材料的组成和性质

耐火材料的抗渣性主要取决于制品的化学矿物组成,耐火材料按其主要成分的化学性质可分为三类,其分类见表 !。由表1可知,酸性耐火材料可抵抗酸性熔渣,碱性耐火材料可抵抗碱性熔渣。

3.2 熔渣的粘度

熔渣的粘性对耐火材料在渣中溶解量和熔渣向耐火材料中侵入量都有较大的影响。熔渣的粘性取决于其化学组成和反应温度。当熔渣中碱性成分多时其粘度就小,而酸性成分多时其粘度就大。熔渣的粘度越低,其对耐火制品的侵蚀速度越快,熔蚀程度也越深。在侵蚀过程中熔渣粘度的变化也是不容忽视的重要因素,特别是有些熔渣能强烈熔解耐火材料而粘度迅速增大凝结,甚至会在制品表面处形成一层“覆盖层”,使熔解速度显著降低,也难以渗入制品的孔隙处,起到保护耐火制品的作用。

4:提高抗渣性的途径

在生产中,尽可能地选用高纯原料,减少低共熔物,根据原料特点和工艺要求,对原料进行活化烧结,以提高制品的体积密度,减少气孔率。选择合适的颗粒级配并且混炼均匀,成型时,颗粒堆积尽可能的紧密化,提高烧成温度,使制品致密化,提高抗渣性。由于熔渣侵蚀过程是各种复杂因素综合作用的结果,因此应根据具体的使用环境综合考虑来确定耐火材料的材质。选用烧结致密而均匀的耐火制品其抗渣性好。 减少制品中的低熔物和杂质含量,能有效提高制品的抗渣性。

关键词:耐火材料   熔渣   侵蚀   
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