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耐火材料如何提高抗碱蒸气侵蚀?

时间:2021-03-17 16:05 来源:耐火砖厂家点击:

耐碱性蒸汽侵蚀,指耐火材料在高温下的耐碱性腐蚀能力。碱回收炉等耐火材料炉衬在使用过程中,在高温环境中,其对耐火材料的腐蚀会受到碱浓度、温度和蒸气浓度的影响,这与炉衬的使用寿命有关,提高耐火制品的耐碱性,可延长其使用寿命。
 

 
 
碱蒸气对耐火材料的腐蚀主要与其气孔结构及化学组成有关,气孔结构主要影响碱蒸气的渗透过程,化学成分则影响腐蚀过程中化学反应的进行。从气孔结构、化学成分等方面分析了提高耐火材料耐碱性蒸汽腐蚀性能的途径。
 
为了提高耐火材料的抗碱性和抗腐蚀性能,在其主材中添加了一些附加成分。造成这种现象的原因是:烧结时加入组分,一方面可提高材料的致密性,降低浸蚀物质的渗透性,另一方面可改变熔渣的粘度,或吸收部分浸蚀物质。如尖晶石可在熔渣侵蚀过程中加入Fe2O3和CaO等成分,提高碱性渣渣的粘度,从而降低渣渣对耐火材料的渗透性,在镁质耐火材料中引入尖晶石,可显著改善其耐火材料的耐火材料性能。另外,在镁质耐火材料中引入氧化铝成分,使之在高温下原位生成一定含量的尖晶石,并进一步提高了抗碱渣渗透能力。
 
1.化学组成
通常根据耐火材料中各组分的含量和作用,其化学成分可分为主组分、附加组分和杂质组分。主要成分是对耐火材料性能起决定作用并构成基质的成分。防腐材料和渣料都可以分为酸性和碱性两种类型,为了提高防腐介质的耐蚀性能,首先要使防腐介质的酸碱性与主成分相匹配。碱含量的表征方法通常是以碱含量与酸含量之比为标准,而渣中CaO含量与SiO2含量之比为标准。
高碱的渣型是碱性渣型,低碱的渣型是酸性渣型。该酸渣渣中含有SiO2、B2O3、P2O5、V2O5和氟化物等多种酸性氧化物,它们在酸性耐火材料中易溶于水,但在酸性耐火材料中溶解度较低,其中碱性耐火材料溶解度高,而在酸性耐火材料中溶解度低。例如水泥回转窑、垃圾焚烧炉和玻璃窑,耐火材料主要有方镁石-尖晶石、镁铬石、白云石等。
为了提高耐火材料的抗碱性和抗腐蚀性能,在其主材中添加了一些附加成分。造成这种现象的原因是:烧结时加入组分,一方面可提高材料的致密性,降低浸蚀物质的渗透性,另一方面可改变熔渣的粘度,或吸收部分浸蚀物质。
如尖晶石可在熔渣侵蚀过程中加入Fe2O3和CaO等成分,提高碱性渣渣的粘度,从而降低渣渣对耐火材料的渗透性,在镁质耐火材料中引入尖晶石,可显著改善其耐火材料的耐火材料性能。另外,在镁质耐火材料中引入氧化铝成分,使之在高温下原位生成一定含量的尖晶石,并进一步提高了抗碱渣渗透能力。
第二,气孔的构造。
它的气孔结构包括:气孔率、气孔直径、气孔闭合率、微孔比例及气孔弯曲等。气孔结构将影响耐火材料的透气性,进而影响其腐蚀气体的渗入过程。耐热材料的气孔直径越小,其气孔结构越复杂,透气性越差,说明耐碱蒸汽的透气性越好。
在耐火材料中加入一定量的纳米粉体,可通过调整颗粒级配来优化其气孔结构。结果表明,通过材料内部的物理和化学反应,减小孔洞尺寸,减少孔洞连通,也是调整材料微观结构的重要方法之一。
通过添加碳化物、硼化物、氮化物等微粒,可以在高温扩散和氧化气氛中实现氧化,将耐火材料的部分气孔封闭,从而达到了良好的高温性能。
含碳耐火材料如金属,合金,碳化物和氮化物也可用于耐火材料的微孔化设计。这些物质在制备和使用过程中,可形成某种化合物,或产生一定的体积膨胀效应,从而堵塞某些气孔,降低气孔率,在材料表面形成保护层,从而提高耐火材料的抗渗性能。
炭质材料中,微孔化炭砖是通过颗粒的紧密堆积和就地分解膨胀的原理制备的,进一步的研究表明,高炉炭砖的气孔小于1μm或更长时间,铁水、锌等物质就难以通过化学腐蚀渗入材料中。而平均孔径和孔径小于1微米的孔洞体积率则是衡量产品质量的重要指标。
同样,通过引入硅微粉也实现了铝碳耐火材料的微孔化,对不同孔径的耐火材料进行了渗透性试验,结果表明,小孔径耐火材料的渗透性也较低,因此此类耐火材料也表现出较好的耐腐蚀性能。
在莫来石质和方镁石-尖晶石耐火材料中引入锆英石后,在分解过程中产生了气孔,使得基质更加致密,同时提高了材料的抗碱蚀能力。
对红柱石的抗碱蒸汽侵蚀机理进行了研究,发现当红柱石材料受钠蒸汽侵蚀时,其形成的侵蚀产物会被锁在莫来石网层中,从而限制了侵蚀的进一步发生,因此红柱石材料具有良好的抗碱侵蚀能力。
采用上述措施,可减小耐火材料腐蚀气体的气孔直径,并可堵塞部分气孔,使气孔结构更加复杂,气孔之间的连通性降低,增加抗腐蚀气体渗入耐火材料的阻力,增加耐火材料渗入的惯性力,从而大大减轻材料的腐蚀。
提高耐火材料抗碱性能的试验方法
 
首先是碱蒸气法。
碱蒸汽试验的基本原理是:在1100℃,碳酸钾(K2CO3)与木炭反应生成碱蒸汽,这种蒸汽会腐蚀耐火材料样品,产生新的化合物(碱金属的硅酸盐或碳酸盐),从而改变材料性能。
二熔碱坩埚法
熔碱坩埚法实验的基本原理是:在试样中加入一定量的盐-碳酸钾(K2CO3),在高温下与试样反应产生体积膨胀,在试样抗碱后用肉眼观察试样的腐蚀性,从而判断出试样的抗碱侵蚀性能。
试样制成边长50mm的立方形体,然后在其中一面的中心钻出直径22mm、深度25mm的孔洞,同时配上50mm×50mm×6mm的盖子,要求三组试样一次一块,保证试样圆柱形孔表面无明显裂纹,有明显缺边、掉角、蜂窝等缺陷。将8gK2CO3放入制备好的样品圆柱形孔中,用盖子密封,然后将样品置于炉温恒温下,以(4~6)℃/min的升温速度加热至1100℃,再加热5h。取冷却剂看样品是否有裂纹。
融碱埋覆;
融碱埋覆试验的基本原理是:将样品浸入熔融的碱液中,使之达到腐蚀目的,然后测量样品在被碱腐蚀前后的质量变化,根据变化情况判断样品的耐碱腐蚀性能。

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