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耐火材料为什么会被磨损,其破坏机理是什么?

编辑:耐火砖厂家   分类:行业资讯  发布:2021-10-26   浏览:
耐火材料是作为高温设备窑炉的保护层(内衬),在经过长时间的高温气体侵蚀、燃料颗粒冲刷等,会逐渐的被磨损和损坏,其机理是什么?下面请看高炉内衬破坏机理。
 
铝碳化硅砖.jpg
 
高炉耐火材料内衬的侵蚀破损直接会影响到高炉寿命,因此,国内外对高炉耐火材料内衬工作状态的监测都极为重视。常用高炉内衬侵蚀损毁监测方法有:
1、同位素埋入法和热电偶法
2.FMT传感器法
3.触发响应法
4.电阻法
5.炉墙热流强度法
6.红外热成像仪法
7.超声波测厚法
8.冲击弹性波法
 
高炉耐火材料具有耐碱性、导热系数、耐铁水溶性、平均孔径、小于1μm孔容积率、透气性、抗氧化性、耐炉渣腐蚀性等8项功能。这为延长高炉寿命提供了很好的依据。这些实验方法这些实验方法,有些优于国外实验方法,但目前应用中仍存在一些问题。
 
高炉炉缸用炭砖的损坏和改进。
炭砖的损坏过程是:①铁水渗入炭砖;②炭砖的溶蚀与铁水的渗透同时进行;③铁水渗透部位与未渗透部位的物理性能差异和热面温度变化对炭砖产生巨大的剪应力,使炭砖断裂剥落;④。
碳砖铁水渗透部分溶解,锌和碱的沉积加速了碳砖的破裂和溶解。
为了防止铁水渗入,防止锌碱沉积在碳砖中,降低化学应力和热应力,有效的方法是将碳砖的孔径降低到1μm以下,使铁水难以浸入;锌碱在碳砖中的沉积也大大降低。有效的方法是在炭砖中加入Si,1500。
当温度燃烧时,Si与C反应生成β-SiC填充气孔,使孔径变小。同时,Si与碳砖气孔中的O.N结合产生的Si2ON2系晶须也填充在气孔中。这两种原位反应大大增加了1μm以下的气孔量。此外,由于选用原料,采用人工造粒和多次真空浸溃工艺,降低了微孔炭砖和超微孔炭砖的孔隙率,分别达到了孔隙的平均孔径。
 
0.5.0.1μm大大提高了导热系数和耐腐蚀性。
1)购买国外碳砖时,合同中不需要中国的检验方法,不能进行抽样检验。往往国内方法检验功能指标不好,国外厂家不认可,只要承担,合同中应提出选择国内方法检验的要求。
2)规划者和用户对特殊功能没有要求,仍然只按照过去的一般碳砖规范检查常规功能。
三、一个高炉的碳砖只检查一个样品,而不是批量取多个样品进行抽样,显然不符合碳砖检验取样规范,难以保证产品质量。4)在目前的碳素捣打料检测方法规范中,导热系数检测结果存在错觉。碳捣打料的检测方法规范YB4038-1991规定,碳捣打料的导热系数应在1200℃焙烧24小时后检测。由于碳捣料用于接近冷却壁或炉底冷却管,工作温度为100~200℃,不可能达到1200℃。在检测碳捣料的导热系数时,发现同一碳捣料样品在120℃和1200℃烧制后的导热系数相差近1倍。
4)目前碳砖的功能检测方法没有检测碳砖材料的种类和质量,如电煅煤、普煅煤、石墨化煤、电极石墨等。制作碳砖后,上述功能实验方法难以区分,仅根据碳砖厂家的承诺是不可能的。可考虑增加岩相剖析检验项目,显微镜下普煅煤.石墨电极易于区分,采用岩相剖析方法可检查是否添加普煅煤和电极石墨。
 
高炉耐火材料损坏机理
炉灶锻炼是高温下杂乱的物理化学过程,耐火材料损坏到一定程度,需要中修或大修,停炉大修是高炉一代寿命的终止。耐火材料损坏机理总结如下:
一、高温渣铁的渗透和腐蚀。
炉腰和炉腹部形成熔融铁渣,向下移动进入炉缸,渣中的FeO.MnO.CaO和砖中的SiO2相互作用,形成低熔点的化合物,使砖衬表面软熔。炉腹部位特别严重,开炉后不久就被腐蚀,仅靠冷却壁上的渣皮进行作业。
液态铁、重金属和碱金属的浸入是炉底周围损坏的主要原因。铁水沿砌体缝隙和气孔浸入砌体内,凝结分离石墨,体积膨胀,然后扩大裂缝,使砖衬脱落或漂浮。
2.高温和热震损坏。
在运动过程中,炉内温度经常波动。当温度梯度的热应力超过砖衬的极限时,砖就会开裂。实践表明,炉体中下部的砖衬有裂纹和脱落。普通热应力使砖衬平行于工作外表50~100mm深处发生裂纹,裂纹相互贯穿后出现大面积脱落。
三、炉料与煤气流的冲突冲刷及煤气碳素堆积的破坏作用。
高炉煤气实际流速可达15-20m/s,并携带大量粉尘,增加煤气流对耐火材料的冲刷磨损效果。炉腰折角处磨损特别严重。炉体上部炉料较硬,有棱角,降低炉料冲突是砖衬损坏的重要原因。上升气体含有约25%的CO,进入砖衬气孔和裂缝的CO在400-800℃分化发生炭素堆积,与耐火材料中的Fe2O3效果相比,还原为单质Fe,单质Fe是CO分化的催化剂,加速炭素堆积。随着碳堆积引起的晶型变化,伴随着发作的体积变化,砖衬布置松弛,强度降低,导致开裂损坏。耐火材料的炉腰和炉体中下部损坏效果更为严重。
四、碱金属及其它有害元素的损害作用。
炉料中的碱金属和锌在高温作用下堆积在炉料上循环,部分堆积在耐火材料上,其他随炉气排出。这些氧化物与耐火材料中的氧化铝和氧化硅反应形成低熔点的铝硅酸盐,使耐火材料软熔,被冲刷损坏;碱金属与热焦炭发生反应,产生氰化物,与水蒸气和CO2反应产生氰化氢。氰化氢进入砖衬分化发生碳堆积,损坏耐火材料。
高炉内任何部位的损坏都适用于各种损坏机制交替综合效应的结果。高炉寿命是炉型规划、耐火材料结构和原料、高炉冷却设备和工艺体系、锻炼条件等因素的综合效果。
 
高炉炉底炭砖损坏的原因及处理对策
通过研究发现,炉缸.炉底炭砖部宽度较大,由上向下化学侵蚀逐渐变窄,下部只有细小裂纹。这种环缝具有自上而下化学侵蚀逐渐延伸的特点,是碱金属和锌化学侵蚀的典型结果。因此,炉缸、炉底炭砖的环缝主要不是由炭砖内外温差应力引起的,也不是由高铝砖、炭砖膨胀率差引起的,而是由碱金属、锌侵蚀引起的。
炉缸内碱金属(主要是K2O)和ZnO的分布主要集中在炉缸上部的硅铝耐火砖衬里和上部的炭砖上。研究表明,在高炉风口附近,含有碱金属和锌蒸汽的气流沿风口周围的缝隙渗入,在炉衬800~1030℃的温度范围内侵蚀高铝砖,形成初始缝隙。伴随着碱金属.锌侵蚀反应的不断进行,环缝在高铝砖砌体中逐渐向下扩展,甚至侵蚀炉缸.炉底侧墙的炭砖。探针分析还证实,碳砖环缝中有K2O和ZnO共存,这表明它们是侵蚀碳砖并产生环缝的重要因素。
从高炉缸底损坏的原因分析可以看出,碱金属和锌的化学侵蚀是主要影响因素。为了减少甚至消除炉衬环缝对高炉寿命的不利影响,除了从根本上提高高炉精料水平,减少碱金属和锌的负荷外,还选择导热率高、耐碱性好、微孔或超微孔、耐铁水渗透、耐渣铁溶蚀性好的耐火材料。提高碳砖的导热性,配合冷却性能强的冷却设备(如铜冷却壁),可以减缓环缝的产生。微孔或超微孔结构可抑制砖衬碱金属和锌蒸汽的渗透,减少环缝的产生。

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