铬刚玉浇注料是重要的危废焚烧炉炉衬材料之一,但危废来源广泛,成分复杂,导致炉渣的成分存在差异,从而影响炉衬的使用寿命。以铝酸钙水泥结合铬刚玉浇注料为对象,选取了富含CaO、Fe2O3和SiO2的三种典型危废炉渣,试验了对铬刚玉浇注料烧成前后的侵蚀/渗透行为影响。
三种危废炉渣的化学组成如表1所示分别将化学组成中CaO、SiO2和Fe2O3含量相对较高的渣命名为高CaO渣、高SiO2渣和高Fe2O3渣,其碱酸比依次为2.7、0.5和1.0。采用炉渣熔点熔速测定仪,测定其半球点,高CaO渣接近1500℃,高SiO2渣为1152.3℃,高 Fe2O3渣为1203.5℃。分别在坩埚试样内入24g渣。在1600℃下保温3h 进行静态抗渣侵蚀试验。
图1是水泥结合铬刚玉浇注料在1600 ℃下对三种渣的静态抗渣3 h后的坩埚剖面图。从图中可以看出,除FS、FI外,其余试样的坩埚底部无明显残渣,与原始坩埚孔(白色线条区域)相比,渣对材料产生了一定程度的侵蚀,渣对材料的渗透较为明显。试样的侵蚀指数均很低,最高也仅有2.7%,但试样的渗透指数远高于侵蚀指数。对于未烧成试样,从侵蚀性来看,三种渣的侵蚀指数之间的差距很小,其抗高SiO2渣侵蚀的能力最好抗高Fe2O3渣侵蚀的能力稍弱,抗高CaO渣侵蚀的能力最差。从渗透性来看,其抗高CaO渣渗透的能力最好,抗高Fe2O3渣渗透的能力稍弱,抗高SiO2渣渗透的能力最差。对于烧成试样,其抵抗渣侵蚀的能力变化很小,但抗渣渗透能力均有所改善,特别是抗高SiO2渣渗透能力得到极大改善。
从图中可以看出,经渣侵蚀后的含铬刚玉浇注料中除铝铬固溶体和六铝酸钙外,产物中还出现了新的物相。对比烧成与未烧成试样,侵蚀后产物中新生成的物相完全一致。以未烧成试样为例,试样US反应层中新增物相为钙长石(CaAl2Si2O8)和霞石(NaAlSO4),六铝酸钙消失。在渗透层内新增物相则是钙黄长石和霞石;而高Fe2O3渣侵蚀试样后的反应层为霞石、钙长石和 Ca(Fe,Al)12O19 ,在渗透层内钙长石被钙黄长石代替。与前两种渣相比,高CaO渣中CaO含量明显增加,因此反应层内新的物相为硅酸二钙(Ca2 SiO4 )和钙黄长石(Ca2Al2SiO7),六铝酸钙含量增加,在渗透层内新增物相则只有钙黄长石。
这些物相中。霞石熔点低,熔点在1150℃左右,会促进熔渣渗透进试样内,长石和硅酸二钙熔点比霞石高,但在1600℃下仍会变成液相。六铝酸钙、铝铬固溶体和Ca(Fe,Al)12O19熔点均高于1600℃,会减缓渣的渗透。其中,六铝酸钙的生成会伴有膨胀效应,使试样内部更加致密,且其不易与碱性渣反应。铝铬固溶体则不易与酸性或碱性渣反应生成液相,Ca(Fe,Al)12O19是Fe2O3与CaAl12O19发生固溶反应所得到的产物,其性质与CaAl12O19类似。