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熔渣渗透性对耐火保温材料熔解蚀损的不良影响与抑制方法
作者:admin  发布时间:2019-10-18 07:41:52  点击率:625
前面对耐火材料表面向熔渣中的纯熔解蚀损作了讨论,但它只适合热压耐火陶瓷件、熔铸耐火制品、超致密耐火制品和能在高温时生成含高黏度液相的耐火制品等特殊耐火材料的情况。在这种情况下,耐火材料与熔渣接触的表面积最小,表明它们在一定的高温条件下具有良好的抗化学侵蚀性能。正是基于这一观点,所以耐火材料的生产工艺过程总是把注意力放在谋求材料的最大密度上。为了达到这一目标,通常的作法是通过选用最理想的颗粒组成。增加成型压力和提高烧成温度(对于烧成耐火制品而言)或者通过优化颗粒分布(PSD),正确选用结合系统以及超细粉的应用等(对于耐火浇注料而言),以便能使耐火材料获得更好的综合性能,从而达到找出有害介质进入耐火材料内部的限度和减少有害介质同耐火材料成分之间反应表面的限度之目的。
 
然而,绝大多数氧化物系耐火材料都存在较高的气孔率,即便选用最好级别的物料为原料并按上述工艺要求进行生产所获得的耐火材料(砖),其显气孔率也仍在10%~20%。显然,在高温使用条件下,液态侵蚀剂和有害气体都将浸透进入耐火材料内部。它是由众多显微镜下观察所证实的结果。这种侵蚀现象还会因小直径气孔产生的毛细管效应而加剧。
 
通过以上讨论可以得出:对于多孔耐火材料来说,只要降低其气孔率和/或熔渣浸速度系数K,使K。尽量接近甚至达到K,就能抑制耐火材料的熔解蚀损,延长其使用寿命。同时选用难熔耐火材料(即溶解度小也就是溶解速度低的材质)还可进一步提高使用寿命。
 
耐火材料成分向熔渣中的熔解蚀损过程,除了其表面纯熔解蚀损过程之外,而由熔渣浸透进入耐火材料内部气孔中所导致的内部熔解反应更会加剧其成分向熔渣中的熔解蚀损过程。通过对大量实验数据的综合分析和研究得出:耐火材料成分向熔渣中的熔解蚀损反应速度系数K。往往随熔渣浸透深度系数k,的增大按指数规律变化。在耐火材料-熔渣系统中,耐火材料向熔渣中的熔解蚀损反应系数K。和表面纯熔解蚀损反应系数K。同熔渣浸透进入耐火材料结构中的气孔内的浸透深度系数kp之间的关系,为评价熔渣浸透对耐火材料向熔渣中的熔解蚀损反应的影响提供了理论依据。
 
在这三个条件中只要有一个条件得到满足,熔渣浸透现象便不会发生。也就是:
 
1) r=0时,即无气孔固体材料不会发生内部熔解反应加剧耐火材料熔解蚀损的问题。在实际使用发现,对于多孔耐火材料-熔渣系统来说,在炼钢温度范围内,熔渣难以浸透进入气孔半径小于1pm的氧化物系耐火材料的开口气孔中。
 
2) coso=0,即0≥/2时,表明具有非浸透性能的耐火材料特别是碳复耐火材料通常都不会发生熔渣浸透的现象。
 
3) n→00,说明高黏度熔渣难以浸透进入耐火材料的开口气孔中。这可通过熔渣控制实现,也可通过选择含有高黏度液相的耐火材料来实现。
 
该式说明,通过降低耐火材料气孔率8和减小熔渣浸透深度系数k,均可限制耐火材料熔解蚀损。例如,添加CaCO3的MgO-Cr2O3砖(直接结合Mg0-Cr2O3砖),当气孔率不大于15%时,其蚀损率均较小。事实上,多孔耐火材料的气孔率为7%~10%的高密度耐火材料具有最佳的抗蚀性能。在相同的试验条件下,该耐火材料的蚀损速度随显气孔率的上升呈指数倍增加。(回转试验法,侵蚀剂中SiO2含量为16.6%,A12O3含量为4.5%,Fe2O3含量为15.1%,MgO含量为8.21%,MnO含量为40.6%)
 
通过以上讨论可以得出如下结论:
 
耐火材料的熔解蚀损速度系数(K)、表面纯熔解蚀损速度系数(K)和熔渣浸透深度系数kp=Kp2,Kp为熔渣浸透速度系数)之间的关系可用式4-39充分表达,而当bkp<1时便可用式4-40近似表达。
 
在耐火材料-熔渣系统中,如果8=0或者Kp=0即r=0或/和cos0=0或/和n→00,那么耐火材料仅以表面纯熔解蚀损方式进行熔解蚀损反应,通过提高熔渣黏度或者选择含有高黏液相的耐火材料可限制材料的熔解蚀损反应,提高使用寿命。
 
0,部的熔解反应会以指数倍的速度加剧材料的熔解蚀损反应。在这种情况下,bk,<1.5时,K。值较小,表明耐火材料的熔解反应已受到限制。尤其是在bk,<1时,K值随k,的减小几乎呈直线下降。根据式4-46,只要(1)减小r,(2)增大0,(3)增大n,(4)加大R,就能限制耐火材料的熔解蚀损。当然,选择难熔(n,小)的主原料也是限制耐火材料的熔解蚀损,提高使用寿命的重要途径。
 
抑制熔渣浸透,多采用在耐火材料中添加特殊物质的方法。添加物中有金属(如A1、Mg、Si、Mg-Si等)、碳和碳化物(如精细炭、石墨、SiC、BC等)以及添加使骨料组织稳定的物质或/和使熔渣改质的物质(如在镁质耐火材料中添加Cr2O3、ZrO2、CaCO3等,向MgO-C耐火材料中添加A1、Mg、Si等)均可抑制熔渣向耐火材料内部气孔中浸透。
 
上述这些添加物通过骨料和/或气相反应而导致:
 
(1) 平均气孔径2r减小,气孔隔断,颗粒间结合生长,骨料组织稳定等使耐火材料结构得到改善;
 
(2) 由于添加物的溶解使熔渣的黏度上升导致熔渣改质(熔渣控制);
 
(3) 改变耐火材料-熔渣间润湿性等。
 
所有上述效应都能抑制熔渣浸透,从而抑制耐火材料的熔解蚀损。虽然这些添加物对耐火材料的熔解蚀损本身也有抑制作用,但这些添加物对耐火材料熔解蚀损的抑制作用主要还是起因于对熔渣浸透的抑制。
 
作为选择难熔(n,小)的耐火材料提高使用寿命的实际例子有Ca0-SiO2系熔渣选用MgO-Ca0-C或者选用MgO-CaO耐火材料;Ca0-Al2O3系熔渣选用MgO-C耐火材料;废弃物熔融渣选用AI2O3-Cr2O3耐火材料,为了避免六价铭对环境的危害,可选用MgO-A12O3-ZrO3耐火材料等。
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