抗渣性
耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力
抗渣性,耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力。熔渣侵蚀破坏耐火材料的机理十分复杂,一般包括有浸透溶解和熔体冲刷等物理化学作用。抗渣性的表示方法可用熔渣侵蚀量mm或%表示。熔渣侵蚀是耐火材料在使用过程中最常见的一种损坏形式。耐火材料抗渣性的优劣主要与其自身的化学成分矿物组成和组织结构等有关,还与熔渣的性质及其相互作用的条件(如温度时间流速等)有关。抗渣性是评价耐火材料的重要指标之一。
介绍
抗渣性是耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀和冲刷的能力。熔渣从广义上讲,指高温下与耐火材料相接触的炉渣、燃料灰分、飞尘、铁屑、石灰、熔融金属、玻璃液等。抗渣性是耐火材料重要使用性能,对于改善生产工艺、指导正确使用有重要意义。熔渣侵蚀破坏耐火材料的机理十分复杂,有化学反应、物理作用以及物理化学作用。一般包括有熔渣向耐火材料渗透,耐火材料在熔渣中溶解、反应,熔渣冲刷以及由此引起的剥落。
影响因素
影响耐火材料抗渣性的因素有:耐火材料的物理化学性质及组织结构、熔渣的性质以及熔渣与耐火材料相互作用条件。
耐火材料的物理化学性质
耐火材料的化学组成、矿物组成、抗热震性、抗氧化性等与耐火材料的抗渣性密切相关。不同化学组成的耐火材料具有不同的抗渣性,如酸性耐火材料对酸性熔渣有较强的抗渣性,而碱性耐火材料对酸性熔渣的抗渣性很弱。耐火材料一般为多相聚集体,其中的物相可分为两类:结晶相和玻璃相,两者构成了耐火材料的主晶相和基质。基质中杂质含量高,则耐火材料抗渣性差,而耐火材料抗渣性又大都取决于其基质的抗渣性。熔渣通过扩散进入耐火材料内部,与基质(液相)相互作用,是熔渣侵蚀耐火材料的主要途径。熔渣进入耐火材料与液相接触,两种熔液进行相互扩散与反应,构成了对耐火材料的侵蚀。熔渣在固相中扩散速度较小,不是渣蚀的主要原因。
同一种固体或不同固体的两个颗粒与熔渣接触时,形成二面角 (φ),二面角的关系式为:
σs-s=2σs-lcosφ/2
式中σs-s为两固体界面张力,N/m;σs-l为固体与熔渣界面张力。熔渣在σs-s的作用下进入晶界。耐火材料晶粒愈小,晶界愈多,通过晶界的侵蚀愈大。溶解过程由化学反应与扩散两个步骤构成。当扩散速度比化学反应速度慢得多时,过程受扩散步骤控制,称过程处于扩散控制范围;当化学反应速度比扩散速度慢得多时,过程受化学反应步骤控制,称过程处于化学动力学控制范围;当扩散与化学反应速度相当时,过程处于过渡范围控制。一般耐火材料在熔渣中的溶解过程处于扩散步骤控制范围。抗热震性也是影响抗渣性的重要因素,抗热震性差的耐火材料受到热冲击的影响,会出现裂纹或开裂剥落,熔渣易进入耐火材料中与其熔解和反应,使耐火材料抗渣性变坏。含碳耐火材料的抗氧化性也会影响抗渣性。抗氧化性差,表面氧化后形成脱碳层,结构疏松易脱落,从而降低其抗渣性。
熔渣的性质
熔渣的种类很多,性质差别很大,概括分为酸性渣、碱性渣和中性渣3类。不同的渣对同种耐火材料的侵蚀各不相同。就是同一种渣,也会因渣的粘度、温度等的不同而对耐火材料的侵蚀不同。熔渣与耐火材料相互作用的温度、气氛接触时间、接触面积、操作条件等,对耐火材料的抗渣性都有影响。一般情况下,温度越高,耐火材料抗渣性越差,接触时间越长,侵蚀越严重。熔渣的流动对耐火材料的机械冲刷也会影响到耐火材料的抗渣性。
耐火材料的组织结构
指耐火材料中固相、颗粒及气孔的种类、数量、大小、形状、取向以及分布状况等。熔渣侵入耐火材料的途径有:通过固体扩散、晶界扩散,开口气孔进入。其中侵入速度最大的是通过开口气孔进入耐火材料。熔渣渗透进入耐火材料,其基质熔解反应后,残存的颗粒孤立突出,伴随熔融物的冲刷,耐火材料表面就会不断地被侵蚀而脱落。熔渣对耐火材料润湿程度愈大,侵蚀也越大,熔渣不润湿耐火材料,则耐火材料通常不会被熔渣熔解或侵入。熔渣侵入耐火材料后,形成变质层,易造成耐火材料的剥落。耐火材料中的开口气孔,可视为毛细管,是熔渣侵入的通道,由于表面张力作用,熔渣进入毛细管。
改善途径
应针对熔渣的特点和性质,结合使用条件,选择与熔渣相适应的耐火原料和适宜的生产方法,以保证获得组织致密、结构均匀的耐火材料。
测定方法
抗渣性的测定方法分静态法和动态法两类。
静态法
包括熔锥法、坩埚法和浸渍法。
(1)熔锥法。亦称三角锥法,将耐火材料与炉渣分别磨成细粉,按不同比例混合,制成截头三角锥,其形状、大小与标准测温锥相同,然后按耐火度试验方法(见耐火度)进行测试,以耐火度降低程度来表示耐火材料抗渣性的优劣。这是抗渣性测试中最简单的方法,它只能反映化学矿物组成对抗渣性的影响,而其他影响因素显示不出来。
(2)坩埚法。从耐火制品上切取大约边长为80mm,高度65mm的立方体,或钻取直径50mm、高50mm的圆柱体试样,在其顶面中心钻一直径30~40mm、深度30~40mm的孔(亦可由耐火材料直接制成这种坩埚),装入一定量的炉渣,在规定温度下加热,并保持一定时间。冷却后,从钻孔的直径部位切开,观察炉渣对耐火材料的侵蚀情况,得出一个定性的结果。缺点是炉渣化学组成很快改变,粘度增大,且无流动冲刷作用。
(3)浸渍法。将耐火制品切成圆棒状,在规定温度下,浸入熔渣中,浸渍一定时间后,取出观察侵蚀情况,测定其体积变化,计算侵蚀百分率。
动态法
包括回转渣蚀法、转动浸渍法、撒渣法、高温滴渣法和感应炉法。
(1)回转渣蚀法。将被检测的耐火制品切制成一定形状的试块,可以是6块或9块。砌在一个小型的回转炉内,炉体可自由倾斜,转速为0~10r/min。用燃气加热到试验温度。在一定时间内加入一定量的炉渣,视其渣蚀情况,持续一段时间,将渣倒出。冷却后,拆开砌在一起的试块,沿试块的长度方向垂直渣蚀面切开,测量试验前、后试块厚度变化,计算渣蚀量,用mm或%表示。这是比较好的一种动态测定耐火材料抗渣性的试验方法,特点是直观、对比性强、重复性好。缺点是炉内气氛较难控制,试验后试块的厚度测量不易掌握。中国(GB 8931)、美国(ASTM C874)以及英国(BS 1902:5·13)都规定用这种方法作为检测耐火材料抗渣性的标准方法。
(2)转动浸渍法。亦称旋棒法,与浸渍法不同点是将圆棒试样浸入熔渣中旋转一定时间后取出,观察侵蚀情况。
(3)撒渣法。将耐火材料切制成长方体试样,置于电炉内,加热到试验温度,将一定量的炉渣通过石英管分次均匀地撒布上试样顶面中心处,保温一定时间,冷却后,测量熔渣侵蚀前、后试样的体积变化,计算其侵蚀百分率。
(4)高温滴渣法。将炉渣压制成棒状,与水平面成10°角插入加热耐火材料试样的试验炉内,试样的受蚀面与水平面成30°角斜靠在炉壁上,当加热到试验温度时,渣棒熔化,不断向前移动,使渣滴落在试样的受蚀面上,流蚀成沟。冷却后,从试样下边缘38mm处切开,测量渣蚀的宽度和深度,并测量蚀损的体积。
(5)感应炉法。把要被检测的耐火材料作成小型感应炉衬,置于感应圈内,加入一定量的金属,待其熔化后,再加入一定量的炉渣,在试验温度下保持一定时间。冷却后,切开炉衬的断面,观察比较其侵蚀情况。这种方法比较好,特点是直观、对比性强、炉内气氛易于控制。缺点是设备复杂昂贵。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 14:01
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