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      耐火材料如何提高抗堿蒸氣侵蝕,有哪些途徑?
      • 時(shí)間:2021.08.27
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      耐火材料如何提高抗堿蒸氣侵蝕,有哪些途徑? 抗堿蒸氣侵蝕,指耐火材料在高溫下耐堿腐蝕的能力。在使用過(guò)程中,如在堿回收爐中,在高溫環(huán)境中,耐火材料對耐火材料爐襯的腐蝕會(huì )受到堿濃度、溫度和蒸汽濃度的影響,這與爐襯的使用壽命有關(guān),提高耐火產(chǎn)品的抗堿性,可以延長(cháng)爐襯的使用壽命。 堿蒸汽對耐火材料的侵蝕主要與其氣孔結構和化學(xué)成分有關(guān),氣孔結構主要影響堿蒸汽的滲透性過(guò)程,化學(xué)成分則影響腐蝕過(guò)程中的化學(xué)反應過(guò)程。提高耐火材料耐堿蒸汽腐蝕性能,應從其氣孔結構和化學(xué)成分等方面入手。 為提高耐火材料的耐堿性和耐腐蝕性,除主成分外,還加入了一些附加成分。其原因在于,在燒結過(guò)程中加入組分,一方面可以提高材料的致密化程度,減少侵蝕物質(zhì)的滲透性,另一方面可以改變熔渣的粘度,或吸收部分侵蝕物質(zhì)。例如,尖晶石可以將Fe2O3和CaO等成分加入到熔渣侵蝕過(guò)程中,提高堿性渣渣的粘度,從而降低渣渣對耐火材料的滲透性,因此將尖晶石引入到鎂質(zhì)耐火材料中,可明顯提高其抗滲透性。此外,將氧化鋁成分引入鎂質(zhì)耐火材料中,使其在高溫下原位形成一定含量的尖晶石,同時(shí)還可進(jìn)一步提高抗堿渣滲透能力。 一、化學(xué)成分。 耐火...

      耐火材料如何提高抗堿蒸氣侵蝕,有哪些途徑?

      抗堿蒸氣侵蝕,指耐火材料在高溫下耐堿腐蝕的能力。在使用過(guò)程中,如在堿回收爐中,在高溫環(huán)境中,耐火材料對耐火材料爐襯的腐蝕會(huì )受到堿濃度、溫度和蒸汽濃度的影響,這與爐襯的使用壽命有關(guān),提高耐火產(chǎn)品的抗堿性,可以延長(cháng)爐襯的使用壽命。
      堿蒸汽對耐火材料的侵蝕主要與其氣孔結構和化學(xué)成分有關(guān),氣孔結構主要影響堿蒸汽的滲透性過(guò)程,化學(xué)成分則影響腐蝕過(guò)程中的化學(xué)反應過(guò)程。提高耐火材料耐堿蒸汽腐蝕性能,應從其氣孔結構和化學(xué)成分等方面入手。
      為提高耐火材料的耐堿性和耐腐蝕性,除主成分外,還加入了一些附加成分。其原因在于,在燒結過(guò)程中加入組分,一方面可以提高材料的致密化程度,減少侵蝕物質(zhì)的滲透性,另一方面可以改變熔渣的粘度,或吸收部分侵蝕物質(zhì)。例如,尖晶石可以將Fe2O3和CaO等成分加入到熔渣侵蝕過(guò)程中,提高堿性渣渣的粘度,從而降低渣渣對耐火材料的滲透性,因此將尖晶石引入到鎂質(zhì)耐火材料中,可明顯提高其抗滲透性。此外,將氧化鋁成分引入鎂質(zhì)耐火材料中,使其在高溫下原位形成一定含量的尖晶石,同時(shí)還可進(jìn)一步提高抗堿渣滲透能力。

      一、化學(xué)成分。

      耐火材料的化學(xué)成分一般根據其各成分含量和作用分為主成分、附加成分和雜質(zhì)成分等。主組分是指對耐火材料的性能起決定作用并構成基質(zhì)的組分。耐火材料和渣料均可分為酸性和堿性?xún)煞N類(lèi)型,為了提高其耐腐蝕性能,腐蝕介質(zhì)的酸堿性首先要與材料的主成分相匹配。堿度表示方法通常是用堿性氧化物含量與酸性氧化物含量的比值來(lái)表示,而渣中CaO含量與SiO2含量的比值則常用。
      高堿的渣型為堿性渣型,低堿的渣型為酸性渣型。酸渣渣中含有SiO2、B2O3、P2O5、V2O5和氟化物等多種酸性氧化物,易溶于堿性耐火材料,但對酸性耐火材料的溶蝕作用較弱,堿性耐火材料對堿性耐火材料的侵蝕作用較強,酸性耐火材料對酸性耐火材料的侵蝕作用較強。如在水泥回轉窯、垃圾焚燒爐和玻璃窯中,多采用方鎂石-尖晶石、鎂鉻石、白云石等耐火材料作窯襯。
      為提高耐火材料的耐堿性和耐腐蝕性,除主成分外,還加入了一些附加成分。其原因在于,在燒結過(guò)程中加入組分,一方面可以提高材料的致密化程度,減少侵蝕物質(zhì)的滲透性,另一方面可以改變熔渣的粘度,或吸收部分侵蝕物質(zhì)。
      例如,尖晶石可以將Fe2O3和CaO等成分加入到熔渣侵蝕過(guò)程中,提高堿性渣渣的粘度,從而降低渣渣對耐火材料的滲透性,因此將尖晶石引入到鎂質(zhì)耐火材料中,可明顯提高其抗滲透性。此外,將氧化鋁成分引入鎂質(zhì)耐火材料中,使其在高溫下原位形成一定含量的尖晶石,同時(shí)還可進(jìn)一步提高抗堿渣滲透能力。

      二、氣孔構造。

      其氣孔結構包括氣孔率、氣孔直徑、氣孔閉合率、微孔比例和氣孔彎曲度等??諝饪紫督Y構會(huì )影響耐火材料的透氣性,進(jìn)而影響耐火材料中腐蝕氣體的滲入過(guò)程。耐高溫材料氣孔直徑越小,其氣孔結構越復雜,其透氣性越差,說(shuō)明其耐堿蒸汽的透氣性越好。
      通過(guò)調整顆粒級配,在耐火材料中加入一定數量的納米粉末,可以?xún)?yōu)化耐火材料氣孔結構。研究表明,通過(guò)材料內部的物理化學(xué)反應來(lái)減小孔徑大小,減小孔洞連通度,也是調整材料微觀(guān)結構的重要手段之一。
      在耐火材料領(lǐng)域,加入微納米粒子如碳化物、硼化物、氮化物等,可實(shí)現高溫擴散或氧化氣氛中的氧化,封閉耐火材料的部分氣孔,使其具有優(yōu)異的高溫性能。
      金屬、金屬合金、碳化物、氮化物等含碳耐火材料也可用于耐火材料的微孔化設計。在制備和使用過(guò)程中,這些物質(zhì)會(huì )形成某種化合物,或者產(chǎn)生一定的體積膨脹效應,從而堵塞部分氣孔,降低氣孔率,在材料表面形成保護層,從而提高耐火材料的抗滲性。
      碳素材料中,微孔化炭磚是通過(guò)顆粒的緊密堆積和原位分解膨脹的原理制備的,進(jìn)一步研究表明,高爐炭磚中的氣孔小于1μm或更長(cháng)時(shí)間,鐵水、鋅等物質(zhì)就很難被化學(xué)腐蝕滲透到材料中。其中,平均孔徑和孔徑<1微米的孔洞體積率是評價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。
      類(lèi)似地,通過(guò)引入硅微粉也實(shí)現了鋁碳耐火材料的微孔化,對不同孔徑的耐火材料進(jìn)行了滲透測試,發(fā)現孔徑較小的耐火材料具有較低的滲透率,因而這類(lèi)耐火材料也表現出更好的抗腐蝕性能。
      將鋯英石引入莫來(lái)石質(zhì)耐火材料和方鎂石-尖晶石耐火材料中,結果表明,在分解過(guò)程中,鋯英石產(chǎn)生了氣孔,使材料基質(zhì)更加致密,同時(shí)提高了材料抗堿蝕能力。
      研究了紅柱石的抗堿蒸汽侵蝕機理,發(fā)現當紅柱石材料受鈉蒸汽侵蝕時(shí),其形成的侵蝕產(chǎn)物會(huì )被鎖在莫來(lái)石網(wǎng)中,從而限制了侵蝕的進(jìn)一步發(fā)生,因而這類(lèi)材料具有較好的抗堿侵蝕能力。
      通過(guò)以上工作,可減小耐火材料中腐蝕氣體的氣孔直徑,并可堵塞部分氣孔,從而使氣孔結構更加復雜,氣孔連通度降低,腐蝕氣體在耐火材料中滲流的額外阻力和慣性力增大,從而大大減輕材料的腐蝕。

      增加耐火材料耐堿性的試驗方法,堿蒸汽法
      堿蒸試驗的基本原理是:碳酸鉀(K2CO3)在1100℃時(shí)與木炭反應生成堿蒸氣,堿蒸氣會(huì )腐蝕耐火材料樣品,產(chǎn)生新的化合物(堿金屬的硅酸鹽或碳酸鹽),從而改變材料的性能。

      二熔堿坩堝法
      熔堿坩堝法實(shí)驗的基本原理是:在樣品內部加入一定量的堿鹽-碳酸鉀(K2CO3),K2CO3在高溫下與試驗材料反應產(chǎn)生體積膨脹,在抗堿試驗后用肉眼觀(guān)察樣品的腐蝕破壞程度,從而判斷出耐火材料的抗堿侵蝕性能。
      將樣品制成邊長(cháng)50mm的立方體形,然后在其中一個(gè)面的中心鉆出直徑22mm、深度25mm的孔洞,同時(shí)配上50mm×50mm×6mm的蓋子,要求三個(gè)試樣一組同時(shí)保證試樣圓柱孔表面無(wú)明顯裂紋和明顯缺邊、掉角、蜂窩等缺陷。取8gK2CO3,放入制備好的樣品的圓柱形孔中,用蓋子將圓柱形孔封住,將樣品置于爐內恒溫處,以(4~6)℃/min的升溫速度加熱至1100℃,再加熱5h。冷卻液取出看樣品是否有裂紋。

      三是融堿埋覆
      融堿埋覆試驗的基本原理是:將樣品浸入熔融的堿液中以達到對其進(jìn)行腐蝕的目的,然后測量被堿腐蝕前后樣品的質(zhì)量變化,并根據其變化判斷其抗堿腐蝕性能。


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