耐火磚雜質(zhì)的降低及熔渣侵蝕介紹

耐火磚雜質(zhì)的降低及熔渣侵蝕介紹

耐火磚的雜質(zhì)中有的是易熔物，有的本身具有很高熔點(diǎn)，但同主成分共存時(shí)，卻可產(chǎn)生易熔物。故雜質(zhì)的存在往往對主成分起強的助熔作用。助熔作用雖有時(shí)有助于材料的液相燒結，但對材料抵抗高溫作用卻有嚴重危害。助熔作用愈強，即由于雜質(zhì)的存在，系統中開(kāi)始形成液相的溫度愈低，或形成液相量愈多，或隨著(zhù)溫度升高液相量增長(cháng)速度愈快，以及所形成的液相粘度愈低和潤濕性愈好，危害愈嚴重。

可見(jiàn)，若Na2O 與SiO2共存，由于開(kāi)始形成液相的溫度很低，故以SiO2為主成分的耐火材料中，若含有少量Na2O，即可對其高溫性質(zhì)帶來(lái)嚴重危害。若以SiO2，為主成分的耐火材料中分別含有Al2O3和TiO2，雖然SiO2—Al2O3與SiO2—TiO2兩系統的共熔溫度相近，分別為1545℃和1550℃，但在共熔溫度下系統內每1%雜質(zhì)氧化物生成的液相量卻差別較大，前者約為后者1.9倍。而且，耐火磚隨溫度的升高，此差別更大，如在1600℃下，約為2.3倍。

因此，雜質(zhì)Al2O3較TiO2對SiO2的熔劑作用強。氧化鋁對硅質(zhì)耐火材料的高溫性能危害極大。另外，當耐火磚雜質(zhì)與主成分共存時(shí)，若生成的液相粘度較低，且隨溫度升高粘度降低愈快以及潤濕性愈好，則對耐火材料的危害愈嚴重。

據了解目前我國粘土耐火磚的生產(chǎn)一般多采用半干成型法壓制成型，坯料含水低。若燒成窯帶有干燥段，則可不用預先干燥而直接入窯燒成。盡管半干成型壓制的磚坯含水量低，但對于特異型耐火磚和大型及手工塑性成型磚壞，由十水分排出困難，為防止干燥過(guò)速而開(kāi)裂。一般根據磚坯單重的形狀復雜程度采取在空氣中先干燥一周左右，再送入干燥器或直接入窯燒成的方法。粘土耐火磚在燒成過(guò)程中，磚坯在高溫和適宜氣氛條件下發(fā)生一系列物理—化學(xué)變化而燒結。結合粘土的加熱特性直接影響制品燒成制度的確定。

例如粘土耐火磚：

耐火磚在燒成過(guò)程中為避免雜質(zhì)過(guò)多的產(chǎn)生大致可分為四個(gè)階段：

1.常溫至200℃：此時(shí)升溫不宜過(guò)快，以防坯體開(kāi)裂。在隧道窯中燒成時(shí)，前4號車(chē)位溫度不應超過(guò)200℃。

2.200~900℃：本階段升溫應加快速度。以利于坯中有機物和雜質(zhì)的化學(xué)反應進(jìn)行。在600~900℃期間，應在窯中保持較強氧化氣氛，避免出現“黑心”廢品。

3.900℃至燒成溫度：在高溫階段應溫升平穩，繼續保持氧化氣氛，使坯體受熱均勻，也要防止磚坯開(kāi)裂。由于在1100℃以上高溫時(shí)，燒結收縮非常強烈，收縮率達5%，因此保持溫度梯度平緩，消除內部應力非常重要。由于，粘土制品的止火溫度一般要高于燒結溫度100~150℃,如果所用燒結粘土的燒結溫度范圍較窄，則止火溫度適當低些，在50~100℃左右較適和。粘土耐火磚燒成溫度應保證使結合粘土充分軟化，使其與熟料細粉及粗顆粒表層的反應充分進(jìn)行，達到粘結熟料顆粒。使制品獲得含適的強度和體積穩定的目的。榮盛耐材認為燒成溫度一般在1250~1350℃。如Al2O3含，則制品的燒成溫度應適當提高大約在1350~1380℃。燒成保溫時(shí)間—般為2~10h、以保證制品中的反應進(jìn)行充分，而且使制品表里質(zhì)量一致。

4.冷卻階段：根據制品在冷卻段中的晶格變化，在800~1000℃以上高溫階段應快速降溫，在800℃以下，則應減緩冷卻速度，實(shí)際上，在生產(chǎn)實(shí)際中，實(shí)際采用的冷卻速度不會(huì )對制品造成冷裂危險。

什么是熔渣侵蝕？
耐火材料是各種高溫設備必備的耐火材料，耐火材料按用途可分為重質(zhì)材料和輕質(zhì)保溫材料，專(zhuān)業(yè)的耐火材料廠(chǎng)家應具備這兩種耐火材料的生產(chǎn)能力，同時(shí)也要了解關(guān)于耐火材料的基本性能，下面由耐火材料廠(chǎng)家榮盛耐材為您介紹，耐火材料的抗渣性。

熔渣侵蝕是耐火材料在使用過(guò)程中常見(jiàn)的一種損壞形式，如各種煉鋼爐爐襯、盛鋼桶的工作襯、煉鐵高爐從爐身下部到爐缸的爐襯、許多有色冶金爐襯、玻璃窯池的池壁以及水泥回轉窯內襯等的損壞，多是由此種作用引起的。在實(shí)際使用中，約有50%損壞是由于熔渣侵蝕而引起的。

耐火制品抗渣性主要與耐火材料的化學(xué)礦物組成及組織結構有關(guān)，另外也與熔渣的性質(zhì)及與其相互的條件有關(guān)。采用高純耐火原料，改善制品的化學(xué)礦物組成，盡量減少低熔物及雜質(zhì)的含量，使制品中產(chǎn)生液相及與外界開(kāi)始反應的溫度提高，是提高制品抗渣性能的有效方式。再者是注意耐火材料的選材，盡量選用與渣的化學(xué)成分相近的耐火材料，減弱它們界面上的反應強度。如堿性冶金爐內襯應選用堿性耐火材料等；或是盡量改變渣的成分，使其向所用的耐火材料成分靠攏，也是改善耐火材料抗渣性能的方式之一。另外，耐火材料在使用中，還應該注意到所用材料之間化學(xué)特性應相近，防止或減輕在高溫條件下的界面損毀反應。

高爐爐底碳磚向鐵水中的溶解即屬于單純溶解作用。硅酸鋁制耐火材料中的粘土制品在熔渣中的溶解過(guò)程主要是發(fā)生在界面處的反應溶解過(guò)程。由于粘土制品在高溫下的液相粘度仍很大，熔渣氧化物不易滲入液相中并在其中擴散，加上玻璃相和均勻分布在玻璃中的莫來(lái)石細晶粒的會(huì )啊學(xué)性質(zhì)差別不大，從而使他們溶解速度的差別不顯著(zhù)，使溶解過(guò)程主要發(fā)生在接觸界面上。堿性耐火材料的熔渣侵蝕過(guò)程是典型侵入變質(zhì)溶解過(guò)程，如普通鎂質(zhì)制品中處于軟化狀態(tài)、化學(xué)穩定性小的鎂質(zhì)基質(zhì)與熔渣相互作用后，使其中的氧化物富集起來(lái)，高溫下隨著(zhù)液相的組成、粘度和數量的變化，可使液相通過(guò)氣孔向耐火材料內部較冷部分移動(dòng)，從而改變了耐火材料的化學(xué)礦物組成和組織結構，并在制品表面附近形成化學(xué)礦物組成和組織結構不同的變質(zhì)層段帶，從而加速制品的損壞。

堿性耐火磚的損壞因素

對堿性磚，具體有8種破壞因素，即熟料熔體滲入、揮發(fā)性組分的凝聚、還原或還原-氧化反應、過(guò)熱、熱震、熱疲勞、擠壓和磨刷。但這8種因素對窯內不同帶磚襯的破壞作用各有不同，現就這8種因素損壞堿性磚的機理分別作一簡(jiǎn)述。

1、熟料熔體滲入：熟料熔體主要源自窯料和燃料，滲入相主要是C2S、C4AF。其中滲入變質(zhì)層中的C2S和C4AF會(huì )強烈地溶蝕 鎂鉻磚中的方鎂石和鉻礦石，析出次生的CMS和鎂薔薇輝石(C3MS2)等硅酸鹽礦物，有時(shí)甚至還會(huì )析出鉀霞石;而熔體則會(huì )充填磚襯內氣孔，使該部分磚層致密化和脆化;加之熱應力和機械應力雙重作用，導致磚極易開(kāi)裂剝落。因C2S、C4AF在550℃以上即開(kāi)始形成，而預分解窯入窯物料溫度已達800℃～860℃，因此熟料熔體滲入貫穿于整個(gè)預分解窯內，即熟料熔體對預分解窯各帶窯襯均有 一定滲入侵蝕作用。

2、揮發(fā)性組分的凝聚：預分解窯內，堿性硫酸鹽和氯化物等組分揮發(fā)凝聚，反復循環(huán)，導致生料中這些組分的富集。由生產(chǎn)實(shí)踐，窯尾熱級預熱器中生料的R2O、SO3和CI-含量往往分別比原生料增至5倍、3～5倍和80～100倍。當熱物料進(jìn)入窯筒體后部1/3部位(800℃～1200℃區段后)，物料中的揮發(fā)性組分將會(huì )在所有磚面及磚層內凝聚沉積，使該處高度致密化，并侵蝕除方鎂石以外的相鄰組分，導致磚滲入層的熱震穩 定性顯著(zhù)減弱，形成膨脹性的鉀霞石、白榴石，使磚堿裂損壞，并在熱-機械應力綜合作用下開(kāi)裂剝落。因預分解窯從窯尾至燒成 帶開(kāi)始整個(gè)無(wú)窯皮帶，越靠近高溫帶，窯襯受堿鹽侵蝕的深度越深，窯襯損壞就越嚴重，因此要特別注意對該部位窯襯的選型。榮盛耐材為您提供耐火材料和專(zhuān)業(yè)技術(shù)支持。

3、還原或還原-氧化反應：當窯內熱工制度不穩時(shí)，易產(chǎn)生還原火焰或存在不完全燃燒，使鎂鉻磚內的Fe3+還原或Fe2+，發(fā)生體積收縮，而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴散能力比Fe3+強得 多，這又進(jìn)一步加劇了體積收縮效應，從而使磚內產(chǎn)生孔洞、結構弱化、強度下降。同時(shí)，窯氣中還原與氧化氣氛的交替變化使收縮與膨脹的體積效應反復發(fā)生，磚便產(chǎn)生化學(xué)疲勞。這一過(guò)程主要發(fā)生在無(wú)窯皮保護的鎂鉻磚帶。

4、過(guò)熱：當窯熱負荷過(guò)高，使磚面長(cháng)時(shí)間失去窯皮的保護時(shí)，熱面層基質(zhì)在高溫下熔化并向冷面層方向遷移，而使磚襯冷面層致密化，熱面層則疏松多孔(一般易發(fā)生于燒成帶的正火點(diǎn)區域)，從而不耐磨刷、沖擊、震動(dòng)和熱疲勞，易于損壞。

5、熱震：榮盛耐材認為當窯運轉不正?；蚋G皮不穩定時(shí)，堿性磚易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落，致使磚面溫度瞬間驟增(甚至高達上千度)，而使磚內產(chǎn)生很大的熱應力。此外，窯的頻繁開(kāi)停使磚內頻繁產(chǎn)生交變熱應力。當熱應力一旦超出磚襯的結構強度時(shí)，磚就突然開(kāi)裂，并沿其結構弱化處不斷加大加深，后使磚碎裂。窯皮掉落時(shí)帶走處于熱面層的碎磚片，使磚不斷損壞。熱震現象極易發(fā)生在靠近窯尾方向的過(guò)渡帶區域。

6、熱疲勞：窯運轉中，當磚襯沒(méi)入料層下，其表面溫度降低，而當磚襯暴露于火焰中，則其表面溫度升高。窯每轉一周，磚襯表面溫度升降幅度可達150 ℃～230℃，影響深度15mm～20mm。如預分解窯轉速為3r/min，這種周期性溫度升降每月達130000次之多。這種溫度升降多次重復導 致堿性磚的表面層發(fā)生熱疲勞，加速了磚的剝落損壞。

7、擠壓：回轉窯運轉時(shí)，窯襯受到壓力、拉力、扭力和剪切等機械應力的綜合作用。其中，窯的轉動(dòng)、窯筒體的橢圓度和窯皮垮落，使磚受到動(dòng)力學(xué)負荷;磚和窯皮的重量及磚自身的熱膨脹，使磚承受靜力學(xué)負荷。此外，襯磚與窯筒體之間、磚襯與磚襯之間的相對運動(dòng)，以及擋料圈和窯體上的焊縫等，均會(huì )使磚襯承受各種機械應力作用。當所有這些應力之和超過(guò)了磚的結構強度時(shí)，磚就開(kāi)裂損壞。該現象發(fā)生于預分解窯整個(gè)窯襯內。

8、磨損：預分解窯窯口卸料區沒(méi)有窯皮保護，而熟料和大塊窯皮又較硬，會(huì )對該部位的磚襯，產(chǎn)生較嚴重的沖擊和磨蝕損壞。