耐火材料為什么會(huì)被磨損，其破壞機(jī)理是什么？

耐火材料是作為高溫設(shè)備窯爐的保護(hù)層（內(nèi)襯），在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高溫氣體侵蝕、燃料顆粒沖刷等，會(huì)逐漸的被磨損和損壞，其機(jī)理是什么？下面請(qǐng)看高爐內(nèi)襯破壞機(jī)理。

 

 

高爐耐火材料內(nèi)襯的侵蝕破損直接會(huì)影響到高爐壽命，因此，外對(duì)高爐耐火材料內(nèi)襯工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)都為重視。常用高爐內(nèi)襯侵蝕損毀監(jiān)測(cè)方法有：

1、同位素埋入法和熱電偶法

2.FMT傳感器法

3.觸發(fā)響應(yīng)法

4.電阻法

5.爐墻熱流強(qiáng)度法

6.紅外熱成像儀法

7.超聲波測(cè)厚法

8.沖擊彈性波法

 

高爐耐火材料具有耐堿性、導(dǎo)熱系數(shù)、耐鐵水溶性、平均孔徑、小于1μm孔容積率、透氣性、抗氧化性、耐爐渣腐蝕性等8項(xiàng)功能。這為延長(zhǎng)高爐壽命提供了很好的依據(jù)。這些實(shí)驗(yàn)方法這些實(shí)驗(yàn)方法，有些于國(guó)外實(shí)驗(yàn)方法，但目前應(yīng)用中仍存在一些問(wèn)題。

 

高爐爐缸用炭磚的損壞和改進(jìn)。

炭磚的損壞過(guò)程是:①鐵水滲入炭磚；②炭磚的溶蝕與鐵水的滲透同時(shí)進(jìn)行；③鐵水滲透部位與未滲透部位的物理性能差異和熱面溫度變化對(duì)炭磚產(chǎn)生巨大的剪應(yīng)力，使炭磚斷裂剝落；④。

碳磚鐵水滲透部分溶解，鋅和堿的沉積加速了碳磚的破裂和溶解。

為了防止鐵水滲入，防止鋅堿沉積在碳磚中，降低化學(xué)應(yīng)力和熱應(yīng)力，有效的方法是將碳磚的孔徑降低到1μm以下，使鐵水難以浸入；鋅堿在碳磚中的沉積也大大降低。有效的方法是在炭磚中加入Si，1500。

當(dāng)溫度燃燒時(shí)，Si與C反應(yīng)生成β-SiC填充氣孔，使孔徑變小。同時(shí)，Si與碳磚氣孔中的O.N結(jié)合產(chǎn)生的Si2ON2系晶須也填充在氣孔中。這兩種原位反應(yīng)大大增加了1μm以下的氣孔量。此外，由于選用質(zhì)原料，采用人工造粒和多次真空浸潰工藝，降低了微孔炭磚和超微孔炭磚的孔隙率，分別達(dá)到了孔隙的平均孔徑。

 

0.5.0.1μm大大提高了導(dǎo)熱系數(shù)和耐腐蝕性。

1)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外碳磚時(shí)，合同中不需要中國(guó)的檢驗(yàn)方法，不能進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。往往方法檢驗(yàn)功能指標(biāo)不好，國(guó)外廠家不認(rèn)可，只要承擔(dān)，合同中應(yīng)提出選擇方法檢驗(yàn)的要求。

2)規(guī)劃者和用戶對(duì)特殊功能沒(méi)有要求，仍然只按照過(guò)去的一般碳磚規(guī)范檢查常規(guī)功能。

三、一個(gè)高爐的碳磚只檢查一個(gè)樣品，而不是批量取多個(gè)樣品進(jìn)行抽樣，顯然不符合碳磚檢驗(yàn)取樣規(guī)范，難以保證產(chǎn)品質(zhì)量。4)在目前的碳素?fù)v打料檢測(cè)方法規(guī)范中，導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)結(jié)果存在錯(cuò)覺(jué)。碳搗打料的檢測(cè)方法規(guī)范YB4038-1991規(guī)定，碳搗打料的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)在1200℃焙燒24小時(shí)后檢測(cè)。由于碳搗料用于接近冷卻壁或爐底冷卻管，工作溫度為100~200℃，不可能達(dá)到1200℃。在檢測(cè)碳搗料的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)同一碳搗料樣品在120℃和1200℃燒制后的導(dǎo)熱系數(shù)相差近1倍。

4)目前碳磚的功能檢測(cè)方法沒(méi)有檢測(cè)碳磚材料的種類(lèi)和質(zhì)量，如電煅煤、普煅煤、石墨化煤、電石墨等。制作碳磚后，上述功能實(shí)驗(yàn)方法難以區(qū)分，僅根據(jù)碳磚廠家的承諾是不可能的?？煽紤]增加巖相剖析檢驗(yàn)項(xiàng)目，顯微鏡下普煅煤.石墨電易于區(qū)分，采用巖相剖析方法可檢查是否添加普煅煤和電石墨。

 

高爐耐火材料損壞機(jī)理

爐灶鍛煉是高溫下雜亂的物理化學(xué)過(guò)程，耐火材料損壞到一定程度，需要中修或大修，停爐大修是高爐一代壽命的終止。耐火材料損壞機(jī)理總結(jié)如下:

一、高溫渣鐵的滲透和腐蝕。

爐腰和爐腹部形成熔融鐵渣，向下移動(dòng)進(jìn)入爐缸，渣中的FeO.MnO.CaO和磚中的SiO2相互作用，形成低熔點(diǎn)的化合物，使磚襯表面軟熔。爐腹部位特別嚴(yán)重，開(kāi)爐后不久就被腐蝕，僅靠冷卻壁上的渣皮進(jìn)行作業(yè)。

液態(tài)鐵、重金屬和堿金屬的浸入是爐底周?chē)鷵p壞的主要原因。鐵水沿砌體縫隙和氣孔浸入砌體內(nèi)，凝結(jié)分離石墨，體積膨脹，然后擴(kuò)大裂縫，使磚襯脫落或漂浮。

2.高溫和熱震損壞。

在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，爐內(nèi)溫度經(jīng)常波動(dòng)。當(dāng)溫度梯度的熱應(yīng)力超過(guò)磚襯的限時(shí)，磚就會(huì)開(kāi)裂。實(shí)踐表明，爐體中下部的磚襯有裂紋和脫落。普通熱應(yīng)力使磚襯平行于工作外表50~100mm深處發(fā)生裂紋，裂紋相互貫穿后出現(xiàn)大面積脫落。

三、爐料與煤氣流的沖突沖刷及煤氣碳素堆積的破壞作用。

高爐煤氣實(shí)際流速可達(dá)15-20m/s，并攜帶大量粉塵，增加煤氣流對(duì)耐火材料的沖刷磨損效果。爐腰折角處磨損特別嚴(yán)重。爐體上部爐料較硬，有棱角，降低爐料沖突是磚襯損壞的重要原因。上升氣體含有約25%的CO，進(jìn)入磚襯氣孔和裂縫的CO在400-800℃分化發(fā)生炭素堆積，與耐火材料中的Fe2O3效果相比，還原為單質(zhì)Fe，單質(zhì)Fe是CO分化的催化劑，加速炭素堆積。隨著碳堆積引起的晶型變化，伴隨著發(fā)作的體積變化，磚襯布置松弛，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致開(kāi)裂損壞。耐火材料的爐腰和爐體中下部損壞效果更為嚴(yán)重。

四、堿金屬及其它有害元素的損害作用。

爐料中的堿金屬和鋅在高溫作用下堆積在爐料上循環(huán)，部分堆積在耐火材料上，其他隨爐氣排出。這些氧化物與耐火材料中的氧化鋁和氧化硅反應(yīng)形成低熔點(diǎn)的鋁硅酸鹽，使耐火材料軟熔，被沖刷損壞；堿金屬與熱焦炭發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氰化物，與水蒸氣和CO2反應(yīng)產(chǎn)生氰化氫。氰化氫進(jìn)入磚襯分化發(fā)生碳堆積，損壞耐火材料。

高爐內(nèi)任何部位的損壞都適用于各種損壞機(jī)制交替綜合效應(yīng)的結(jié)果。高爐壽命是爐型規(guī)劃、耐火材料結(jié)構(gòu)和原料、高爐冷卻設(shè)備和工藝、鍛煉條件等因素的綜合效果。

 

高爐爐底炭磚損壞的原因及處理對(duì)策

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，爐缸.爐底炭磚部寬度較大，由上向下化學(xué)侵蝕逐漸變窄，下部只有細(xì)小裂紋。這種環(huán)縫具有自上而下化學(xué)侵蝕逐漸延伸的特點(diǎn)，是堿金屬和鋅化學(xué)侵蝕的典型結(jié)果。因此，爐缸、爐底炭磚的環(huán)縫主要不是由炭磚內(nèi)外溫差應(yīng)力引起的，也不是由高鋁磚、炭磚膨脹率差引起的，而是由堿金屬、鋅侵蝕引起的。

爐缸內(nèi)堿金屬(主要是K2O)和ZnO的分布主要集中在爐缸上部的硅鋁耐火磚襯里和上部的炭磚上。研究表明，在高爐風(fēng)口附近，含有堿金屬和鋅蒸汽的氣流沿風(fēng)口周?chē)目p隙滲入，在爐襯800~1030℃的溫度范圍內(nèi)侵蝕高鋁磚，形成初始縫隙。伴隨著堿金屬.鋅侵蝕反應(yīng)的不斷進(jìn)行，環(huán)縫在高鋁磚砌體中逐漸向下擴(kuò)展，甚至侵蝕爐缸.爐底側(cè)墻的炭磚。探針?lè)治鲞€證實(shí)，碳磚環(huán)縫中有K2O和ZnO共存，這表明它們是侵蝕碳磚并產(chǎn)生環(huán)縫的重要因素。

從高爐缸底損壞的原因分析可以看出，堿金屬和鋅的化學(xué)侵蝕是主要影響因素。為了減少甚至消除爐襯環(huán)縫對(duì)高爐壽命的不利影響，除了從根本上提高高爐精料水平，減少堿金屬和鋅的負(fù)荷外，還須選擇導(dǎo)熱率高、耐堿性好、微孔或超微孔、耐鐵水滲透、耐渣鐵溶蝕性好的耐火材料。提高碳磚的導(dǎo)熱性，配合冷卻性能強(qiáng)的冷卻設(shè)備(如銅冷卻壁)，可以減緩環(huán)縫的產(chǎn)生。微孔或超微孔結(jié)構(gòu)可抑制磚襯堿金屬和鋅蒸汽的滲透，減少環(huán)縫的產(chǎn)生。