耐火砖杂质的降低及熔渣侵蚀介绍

耐火砖杂质的降低及熔渣侵蚀介绍

耐火砖的杂质中有的是易熔物，有的本身具有很高熔点，但同主成分共存时，却可产生易熔物。故杂质的存在往往对主成分起强的助熔作用。助熔作用虽有时有助于材料的液相烧结，但对材料抵抗高温作用却有严重危害。助熔作用愈强，即由于杂质的存在，系统中开始形成液相的温度愈低，或形成液相量愈多，或随着温度升高液相量增长速度愈快，以及所形成的液相粘度愈低和润湿性愈好，危害愈严重。

可见，若Na2O 与SiO2共存，由于开始形成液相的温度很低，故以SiO2为主成分的耐火材料中，若含有少量Na2O，即可对其高温性质带来严重危害。若以SiO2，为主成分的耐火材料中分别含有Al2O3和TiO2，虽然SiO2—Al2O3与SiO2—TiO2两系统的共熔温度相近，分别为1545℃和1550℃，但在共熔温度下系统内每1%杂质氧化物生成的液相量却差别较大，前者约为后者1.9倍。而且，耐火砖随温度的升高，此差别更大，如在1600℃下，约为2.3倍。

因此，杂质Al2O3较TiO2对SiO2的熔剂作用强。氧化铝对硅质耐火材料的高温性能危害极大。另外，当耐火砖杂质与主成分共存时，若生成的液相粘度较低，且随温度升高粘度降低愈快以及润湿性愈好，则对耐火材料的危害愈严重。

据了解目前我国粘土耐火砖的生产一般多采用半干成型法压制成型，坯料含水低。若烧成窑带有干燥段，则可不用预先干燥而直接入窑烧成。尽管半干成型压制的砖坯含水量低，但对于特异型耐火砖和大型及手工塑性成型砖坏，由十水分排出困难，为防止干燥过速而开裂。一般根据砖坯单重的形状复杂程度采取在空气中先干燥一周左右，再送入干燥器或直接入窑烧成的方法。粘土耐火砖在烧成过程中，砖坯在高温和适宜气氛条件下发生一系列物理—化学变化而烧结。结合粘土的加热特性直接影响制品烧成制度的确定。

例如粘土耐火砖：

耐火砖在烧成过程中为避免杂质过多的产生大致可分为四个阶段：

1.常温至200℃：此时升温不宜过快，以防坯体开裂。在隧道窑中烧成时，前4号车位温度不应超过200℃。

2.200~900℃：本阶段升温应加快速度。以利于坯中有机物和杂质的化学反应进行。在600~900℃期间，应在窑中保持较强氧化气氛，避免出现“黑心”废品。

3.900℃至烧成温度：在高温阶段应温升平稳，继续保持氧化气氛，使坯体受热均匀，也要防止砖坯开裂。由于在1100℃以上高温时，烧结收缩非常强烈，收缩率达5%，因此保持温度梯度平缓，消除内部应力非常重要。由于，粘土制品的止火温度一般要高于烧结温度100~150℃,如果所用烧结粘土的烧结温度范围较窄，则止火温度适当低些，在50~100℃左右较适和。粘土耐火砖烧成温度应保证使结合粘土充分软化，使其与熟料细粉及粗颗粒表层的反应充分进行，达到粘结熟料颗粒。使制品获得含适的强度和体积稳定的目的。荣盛耐材认为烧成温度一般在1250~1350℃。如Al2O3含，则制品的烧成温度应适当提高大约在1350~1380℃。烧成保温时间—般为2~10h、以保证制品中的反应进行充分，而且使制品表里质量一致。

4.冷却阶段：根据制品在冷却段中的晶格变化，在800~1000℃以上高温阶段应快速降温，在800℃以下，则应减缓冷却速度，实际上，在生产实际中，实际采用的冷却速度不会对制品造成冷裂危险。

什么是熔渣侵蚀？
耐火材料是各种高温设备必备的耐火材料，耐火材料按用途可分为重质材料和轻质保温材料，专业的耐火材料厂家应具备这两种耐火材料的生产能力，同时也要了解关于耐火材料的基本性能，下面由耐火材料厂家荣盛耐材为您介绍，耐火材料的抗渣性。

熔渣侵蚀是耐火材料在使用过程中常见的一种损坏形式，如各种炼钢炉炉衬、盛钢桶的工作衬、炼铁高炉从炉身下部到炉缸的炉衬、许多有色冶金炉衬、玻璃窑池的池壁以及水泥回转窑内衬等的损坏，多是由此种作用引起的。在实际使用中，约有50%损坏是由于熔渣侵蚀而引起的。

耐火制品抗渣性主要与耐火材料的化学矿物组成及组织结构有关，另外也与熔渣的性质及与其相互的条件有关。采用高纯耐火原料，改善制品的化学矿物组成，尽量减少低熔物及杂质的含量，使制品中产生液相及与外界开始反应的温度提高，是提高制品抗渣性能的有效方式。再者是注意耐火材料的选材，尽量选用与渣的化学成分相近的耐火材料，减弱它们界面上的反应强度。如碱性冶金炉内衬应选用碱性耐火材料等；或是尽量改变渣的成分，使其向所用的耐火材料成分靠拢，也是改善耐火材料抗渣性能的方式之一。另外，耐火材料在使用中，还应该注意到所用材料之间化学特性应相近，防止或减轻在高温条件下的界面损毁反应。

高炉炉底碳砖向铁水中的溶解即属于单纯溶解作用。硅酸铝制耐火材料中的粘土制品在熔渣中的溶解过程主要是发生在界面处的反应溶解过程。由于粘土制品在高温下的液相粘度仍很大，熔渣氧化物不易渗入液相中并在其中扩散，加上玻璃相和均匀分布在玻璃中的莫来石细晶粒的会啊学性质差别不大，从而使他们溶解速度的差别不显著，使溶解过程主要发生在接触界面上。碱性耐火材料的熔渣侵蚀过程是典型侵入变质溶解过程，如普通镁质制品中处于软化状态、化学稳定性小的镁质基质与熔渣相互作用后，使其中的氧化物富集起来，高温下随着液相的组成、粘度和数量的变化，可使液相通过气孔向耐火材料内部较冷部分移动，从而改变了耐火材料的化学矿物组成和组织结构，并在制品表面附近形成化学矿物组成和组织结构不同的变质层段带，从而加速制品的损坏。

碱性耐火砖的损坏因素

对碱性砖，具体有8种破坏因素，即熟料熔体渗入、挥发性组分的凝聚、还原或还原-氧化反应、过热、热震、热疲劳、挤压和磨刷。但这8种因素对窑内不同带砖衬的破坏作用各有不同，现就这8种因素损坏碱性砖的机理分别作一简述。

1、熟料熔体渗入：熟料熔体主要源自窑料和燃料，渗入相主要是C2S、C4AF。其中渗入变质层中的C2S和C4AF会强烈地溶蚀 镁铬砖中的方镁石和铬矿石，析出次生的CMS和镁蔷薇辉石(C3MS2)等硅酸盐矿物，有时甚至还会析出钾霞石;而熔体则会充填砖衬内气孔，使该部分砖层致密化和脆化;加之热应力和机械应力双重作用，导致砖极易开裂剥落。因C2S、C4AF在550℃以上即开始形成，而预分解窑入窑物料温度已达800℃～860℃，因此熟料熔体渗入贯穿于整个预分解窑内，即熟料熔体对预分解窑各带窑衬均有 一定渗入侵蚀作用。

2、挥发性组分的凝聚：预分解窑内，碱性硫酸盐和氯化物等组分挥发凝聚，反复循环，导致生料中这些组分的富集。由生产实践，窑尾热级预热器中生料的R2O、SO3和CI-含量往往分别比原生料增至5倍、3～5倍和80～100倍。当热物料进入窑筒体后部1/3部位(800℃～1200℃区段后)，物料中的挥发性组分将会在所有砖面及砖层内凝聚沉积，使该处高度致密化，并侵蚀除方镁石以外的相邻组分，导致砖渗入层的热震稳 定性显著减弱，形成膨胀性的钾霞石、白榴石，使砖碱裂损坏，并在热-机械应力综合作用下开裂剥落。因预分解窑从窑尾至烧成 带开始整个无窑皮带，越靠近高温带，窑衬受碱盐侵蚀的深度越深，窑衬损坏就越严重，因此要特别注意对该部位窑衬的选型。荣盛耐材为您提供耐火材料和专业技术支持。

3、还原或还原-氧化反应：当窑内热工制度不稳时，易产生还原火焰或存在不完全燃烧，使镁铬砖内的Fe3+还原或Fe2+，发生体积收缩，而且Fe2+在方镁石晶体中迁移扩散能力比Fe3+强得 多，这又进一步加剧了体积收缩效应，从而使砖内产生孔洞、结构弱化、强度下降。同时，窑气中还原与氧化气氛的交替变化使收缩与膨胀的体积效应反复发生，砖便产生化学疲劳。这一过程主要发生在无窑皮保护的镁铬砖带。

4、过热：当窑热负荷过高，使砖面长时间失去窑皮的保护时，热面层基质在高温下熔化并向冷面层方向迁移，而使砖衬冷面层致密化，热面层则疏松多孔(一般易发生于烧成带的正火点区域)，从而不耐磨刷、冲击、震动和热疲劳，易于损坏。

5、热震：荣盛耐材认为当窑运转不正常或窑皮不稳定时，碱性砖易受热震而损坏。窑皮的突然垮落，致使砖面温度瞬间骤增(甚至高达上千度)，而使砖内产生很大的热应力。此外，窑的频繁开停使砖内频繁产生交变热应力。当热应力一旦超出砖衬的结构强度时，砖就突然开裂，并沿其结构弱化处不断加大加深，后使砖碎裂。窑皮掉落时带走处于热面层的碎砖片，使砖不断损坏。热震现象极易发生在靠近窑尾方向的过渡带区域。

6、热疲劳：窑运转中，当砖衬没入料层下，其表面温度降低，而当砖衬暴露于火焰中，则其表面温度升高。窑每转一周，砖衬表面温度升降幅度可达150 ℃～230℃，影响深度15mm～20mm。如预分解窑转速为3r/min，这种周期性温度升降每月达130000次之多。这种温度升降多次重复导 致碱性砖的表面层发生热疲劳，加速了砖的剥落损坏。

7、挤压：回转窑运转时，窑衬受到压力、拉力、扭力和剪切等机械应力的综合作用。其中，窑的转动、窑筒体的椭圆度和窑皮垮落，使砖受到动力学负荷;砖和窑皮的重量及砖自身的热膨胀，使砖承受静力学负荷。此外，衬砖与窑筒体之间、砖衬与砖衬之间的相对运动，以及挡料圈和窑体上的焊缝等，均会使砖衬承受各种机械应力作用。当所有这些应力之和超过了砖的结构强度时，砖就开裂损坏。该现象发生于预分解窑整个窑衬内。

8、磨损：预分解窑窑口卸料区没有窑皮保护，而熟料和大块窑皮又较硬，会对该部位的砖衬，产生较严重的冲击和磨蚀损坏。