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怎么能够抑制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 15:48
通常,熔渣向耐火材料内部气孔中的浸透速度受熔渣黏度以及熔渣对耐火材料润湿性和静压的影响。通过研究得出的结论是SiO2-CaO-Fe0系熔渣在各种耐火材料中的浸透速度是:在酸性耐火材料内部气孔中的浸透受润湿性控制,而在碱性耐火材料内部气孔中的浸透速度则受黏性流动控制。对于(MgO-ZrO2)耐火材料-(SiO2-CaO-Fe0)系熔渣系统来说,当ZrO2吸收熔渣中的CaO时,其黏度就会改变。在C/S=0.4~0.5时,CaO浓度越低,SiO2-Ca0系熔渣的黏度就越大。在C/S=1,3,5,并添加15%(质量分数)Fe0时,浸透层中渣相的黏度变化。渣相黏度随着原来熔渣碱度的降低略有上升,即碱度越低的熔渣不被ZrO2吸收的CaO越少。这说明,由于熔渣碱度下降,熔渣的黏度则上升,所以难以浸透。
 
当MgO-ZrO耐火材料同AI2O3-SiO2-Fe0系熔渣接触时,耐火材料中大量的MgO颗粒吸收熔渣中的Fe0形成固溶体可使熔渣中的FeO浓度下降,黏度明显上升。另外,松井等人还指出:当熔渣碱度高时,熔渣浸入主要以晶界为通道,而当熔渣碱度低时,则FeO向MgO结晶中的扩散侵入显著增大。
 
应当指出,由于气氛变化和温度变动导致铁的氧化态变化(导致FeO/Fe2O2/Fe,0,比率及数量不同),所以熔渣浸透速度和浸透量也会有差异。另外,在熔渣浸透进入耐火材料内部气孔中之后,在离工作表面14mm处,固溶有百分之几的MgO的ZrO2;在离工作表面2mm以内的区域中变成吸收CaO的ZrO2和CaO·ZrO2。
 
在上述情况下,认为熔渣向MgO-ZrO耐火材料内部气孔中的浸透的驱动力,基本上是由于MgO颗粒中Fe0的平衡浓度比熔渣中的平衡浓度大。用Mg0稳定的ZrO2,其晶格能比ZrO2低,且稳定;在CaO过剩存在的条件下,CaO置换MgO,再吸收大量的CaO后生成CaO·ZrO2。由于从ZrO2变成CaO·ZrO2之后,其体积增加1倍以上,填塞熔渣浸透的通道,起到塞子的作用,故抑制了熔渣向耐火材料内部气孔中的浸透。由此说明,如果耐火材料中存在能与浸透熔渣成分反应生成膨胀性新物相时也能抑制熔渣浸透。
 
对于氧化物系耐火材料来说,通过添加能有效限制浸透的加入物可极大地提高其抗结构剥落性能。由此看来,对于带有气孔的氧化物系耐火材料,若配料中的细颗粒含量少,便会导致其结构发生改变,气孔直径大会引起一系列问题,在极个别的情况下(细粉含量少或不含细粉),能显著地造成熔渣很容易和很深地浸透进入耐火材料内部的气孔中。为了限制熔渣向耐火材料内部气孔中的浸透,主要从操作和材质设计两个方面解决。前者主要采用熔渣控制和提高耐火内衬的温度梯度。温度梯度能导致熔渣在距耐火材料工作表面一定距离的温度相当低处固化,从而阻止熔渣向更深部位浸透;而熔渣控制主要是提高熔渣的黏度。总之,可采用陈肇友提出的下述原则来限制熔渣向耐火材料(传统配方的氧化物系耐火材料)内部气孔中的浸透,提高抗结构剥落性:
(1)提高耐火材料抗炉渣渗透性;
(2)降低耐火材料的气孔率;
(3)炉渣与耐火材料形成熔点高的化合物挡墙,阻止炉渣的渗入;
(4)增加炉渣的黏度。
 
提高耐火材料抗熔渣的浸透性,其关键是降低耐火材料中主晶相之间的界面能,使主晶相之间直接结合牢固,而其中所形成的低熔点物系以孤岛状存在。例如,在氧化物系耐火材料中,传统镁质耐火材料存在的主要缺点是在使用过程中,形成的液相能够在方镁石晶粒间穿透,而且熔渣也能容易地渗透进入其结构中,导致组织变质。在这种情况下,可通过成分调整,使其矿物相除了方镁石之外,硅酸盐则以2CaO·SiO2相存在。由于它能渗入方镁石晶粒之间,把方镁石晶粒表面的液相排挤出来,从而提高材料的直接结合程度。所以,这种含2CaO·SiO2相的镁质耐火材料是固-固接触程度相当高的一类碱性耐火材料,具有较佳的抗渗透性能。
 
减少熔渣渗透进入镁质耐火材料结构中的另外的方法是配料中添加Cr2O3或者Z0,以便使它们在使用条件下能有第二固相持续存在,因为这类耐火材料比无第二固相存在的同类耐火材料的渗透深度要小。限制熔渣向耐火材料内部气孔中浸透最彻底的方法是向气孔中充填碳素物质,因为大部分典型冶炼炉渣均排斥碳。对于氧化物系耐火材料(传统配方耐火材料)来说,充填超过2%(质量分数)C时就能限制熔渣的浸透。而对于极个别的情况(细粉含量少或不含细粉),则需要充填更多的碳素物质。作为碳复合的氧化物系耐火材料,应当使其配方中碳的配入量最好是达到或者超过所减少氧化物那一部分的细粉含量。具体说来,就是用更多的碳素物质来代替已减去细颗粒那一部分量,以便提高材料的耐蚀性能。
 
 
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