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熔渣向耐火保温材料内部结构的浸透

文章出处:未知 人气: 发表时间:2019-10-15 15:31
熔渣浸透进入耐火材料内部气孔中不仅会促进耐火材料成分向熔渣中的熔解蚀损,而且是导致耐火材料结构剥落加快其损毁的重要原因。因为一旦溶渣成分浸透进入耐火材料内部气孔中时便会立即与之反应,导致工作表面变质,其结果则会在高温条件下造成被浸透区域变得非常疏松。如果遇到流动的钢液和/或流动的熔渣就会使之腐蚀而被冲刷掉。这样,新的未被熔渣浸透的部分即被暴露,进而使耐火材料中未被熔渣浸透的部分受到化学侵蚀。相反,如是浸透的部分未被冲刷掉,由于熔渣从加热面浸透到耐火材料内部的深处,结果则导致生成很厚的变质层。从宏观上观察,在浸透层与原质层接触处附近,由于密度和E模数等不同,产生一个物理性能的差异,于是就在温度下降之后,在变质层与未变质层的交界处产生平行于工作面的裂纹。在温度变化的条件下,变质层将会从耐火内衬上以片状形式剥落下来(结构剥落)。对于有温度变化而产生裂纹或者剥落的耐火材料来说,这是造成严重损毁的原因。简单地说,由于耐火材料结构剥落程度受熔渣向其内部气孔中浸透深度的限制,因而认为极小的浸透深度等于极小的剥落。可见,限制熔渣向耐火材料内部气孔中的浸透是提高耐火材料抗结构剥落的重要途径。
 
熔渣向耐火材料内部气孔中的浸透数量取决于气孔大小、熔渣特性和耐火材料与熔渣之间的关系。但是,由于耐火材料结构中的气孔孔径的不均匀性,耐火材料在熔渣渗透过程中的熔解反应所引起熔渣物理性质变化。
 
熔渣向耐火材料内部气孔中的浸透深度与浸透时间为抛物线关系。一旦熔渣浸透进入耐火材料内部气孔中时,耐火材料成分即会向浸透熔渣中熔解扩散,而且熔渣的组成也会发生变化,其变化速度受扩散速度控制。说明浸透进入耐火材料内部气孔中的熔渣在极短时间内就被MgO饱和了,因而可以认为浸透进入耐火材料内部气孔中的熔渣成分是被耐火材料成分所饱和的熔渣。也可以认为,浸透熔渣成分与熔渣浸透的时间几乎没有关系。
 
熔渣浸透进入耐火材料内部气孔中的深度Lep与因子,及(ocoso/n)有关。因此,阻止熔渣向耐火材料内部气孔中的浸透方法应当是:增大接触角0.降低熔渣表面张力o,提高熔渣黏度n,并减小气孔半径r。
 
L(L,或Lep)与r/2成正比,因而减小r即可降低熔渣浸透进人耐火材料内部气孔中的浸透。然而,如果将r取作1/100,L(L,或Lg)也只能减少1位数。但要将r减少2个数量级却是极为困难的。对于钢铁炉渣来说,r>1pm的气孔都会引起熔渣浸透。通常,耐火材料内部气孔半径大多都高于这一数值,而且具有较高的气孔率,即使生产最好级别的氧化物系耐火材料,其显气孔率也在10%~20%。显然,在操作条件下,熔渣或者多种侵蚀性气体都会浸透进入耐火材料内部气孔中。同时,还观察到熔渣浸透现象可能是由于较小直径气孔产生的毛细管效应而被加剧的。
 
限制熔渣向氧化物系耐火材料内部气孔中的浸透所起的作用较少。另外,对于氧化物系耐火材料-熔渣系统来说,由于这类耐火材料都能很容易地被熔渣润湿,所以cose值的变化也不大。例如,转炉渣同碱性耐火材料的接触角0,在1400℃以上时都较小,约为0°~30°。因而cos0仅在1~0.86变化。
 
由此可见,当氧化物系耐火材料同熔渣接触时,其0<W/2,说明这类耐火材料属于容易被熔渣润湿的耐火材料。与此不同,碳质耐火材料却可被大部分典型冶炼炉熔所排斥,所以将碳素配进氧化物系耐火材料中生产碳复合耐火材料应当是抑制熔渣浸透的重要途径。当熔渣接触到这类耐火材料时,其接触角0>7/2,因而熔渣难以浸透这类耐火材料内部的气孔中。可见,含碳复合耐火材料属于熔渣难以浸透的耐火材料。
 
最后,阻止熔渣向耐火材料内部气孔中浸透最有效的方法是提高熔渣的黏度n,这可通过熔渣控制来实现。当熔渣中存在固相悬浮体时,即可明显地提高熔渣黏度n,控制熔渣向耐火材料内部气孔中的浸透。
 
可是,使用中的熔渣或者熔渣浸透进入耐火材料内部气孔中之后所形成的新熔渣,其黏度变化却是很大的。例如,含氧化铁的熔渣,n<0.5Pa·8,而有固相微粒悬浮体或接近固相熔点温度时,其n也可以增加到几千pa·s以上。因此,进行熔渣控制,提高熔渣黏度是阻止熔渣向耐火材料内部气孔中浸透的重要途径。
 
上面所指出的熔渣向耐火材料内部气孔中浸透的基本规律是在耐火材料-熔渣系统不变的等温条件下得出的,这只有在实验室中的可控条件下才能办到。在实际的操作条件下,浸透进入耐火材料内部气孔中的熔渣,由于耐火材料成分的熔入,并立即使之饱和)而变成新的熔渣,而且温度也不可能恒定(实际情况是耐火材料内部存在较大的温度梯度)。因此,浸透熔渣的黏度n也会随之改变。
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