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铬质耐火材料抗侵蚀的优越性

添加时间:2019年4月1日  浏览次数:

铬质耐火材料是由铬矿为原料制成的耐火材料。主要物相为(Fe·Mg)O、(Cr·Al203)2·O3尖晶石。属中性耐火材料。常用作为既可能受到酸性渣作用又可能受到碱性渣作用部位的炉衬材料及酸、碱性耐火材料的过渡带。不宜用于直接与熔铁接触及气氛经常变化的部位。主要用于有色冶炼工业中。由于烧结困难及污染环境等原因,产量不大。

铬质耐火材料的一个优良的特点就是他的抗侵蚀性。然而,六价铬化合物有一个问题就是对人体有害,并且很容易在耐火材料中CaO和Na2O或者炉渣中的K2O发生反应,在这里之所以铬质耐火材料有优异的抗侵蚀型的原因是六价铬化合物的成型条件。

SiO2、ZrO2、AL2O3、Cr2O3、MgO和CaO是构成耐火材料的主要高温氧化物。在这些氧化物中,在通常的使用条件下,Cr2O3是最优异的抗腐蚀型物质。然而含有Cr2O3的耐火材料在使用时与CaO、Na2O或者K2O发生反应变化成六价铬化合物。众所周知,这种六价铬化合物对人体有害。由于健康和环境的问题,已经明显导致了Cr2O3用量的减少。

近年来汽化熔炼炉的建立主要是为了处理城市垃圾和工业废弃物。由于这种熔炉用耐火材料是在1300~1600℃抗击Na2O3、K2O或者CaO的。含有Cr2O3的耐火材料优异的抗侵蚀性能起到了作用。然而,使耐火材料能够长久使用取决于一个稳定的铬系统

一:铬的耐蚀性好的理由

①根据相平衡状态图验证

熔融渣、钢铁渣、水泥、玻璃等的主要成分是CaO和SiO2,为了用状态图进行分析,把渣组成定为CaO和SiO2两种成分,使用SiO2—CaO—高温氧化物三种成分进行分析。

图1示出了于1600℃和1700℃温度下Cr2O3、AL2O3及MgO在CaO—SiO2系渣中的饱和量,它是根据CaO—SiO2—Cr2O3系、CaO—SiO2—AL2O3系和CaO—SiO2—MgO系相平衡状态图求出的。

一般来说,废弃物熔融渣的CaO/SiO2比为50/40~30/70,在该组成范围内,与AL2O3和MgO相比,Cr2O3熔解到渣中的量最少,表明耐蚀性好。

① 根据难润湿性和黏性验证

渣液越是难以润湿耐火材料,越能抑制渣向开口气孔中的浸透。难润湿性是根据放置在耐火材料上渣液的接触角度来判定,接触角越大越难以润湿。现已查明MgCr2O3熔入渣中,黏性高的渣则变成耐火材料的保护层,故认为能控制侵蚀。

二:六价铬的生成条件

含有Cr2O3的耐火材料在高温下与废弃物熔融渣、钢铁渣、水泥渣等接触时,其所含成分,特别是CaO、K2O、Na2O发生反应,容易生成六价铬化合物。

CaO—Cr2O3系在还原气氛下,只有熔点为2170℃的化合物CaCr2O4,该化合物和CaO一级Cr2O3的共熔点分别为1930℃和2100℃,与CaO共存是不成问题的。但是,在氧气分压高的空气气氛下,无论是何种组成,六价铬化合物CaCrO4低温下都变得稳定。

此种情况根据图2的实验结果也可证实。图2示出了在空气气氛下,于500℃~1300℃之间的各种温度条件下,CaO和Cr2O3的等摩尔混合物加热2h时的生成物。温度在1000℃时则生成了三价铬化合物CaCrO4,超过1000℃时则生成了三价铬化合物CaCr2O4。也就是说,加热温度超过900℃时,如下面公式(1)所示,是由左向右进行的。 

即,CaCrO4与Cr2O3发生反应,边放出氧气,边变成CaCr2o4.冷却时,发生相反反应。即,三价铬化合物CaCr2O4与O2发生反应,生成六价铬化合物CaCrO4和Cr2O3。公式(1)的反应表明在加热时由于放出氧气而重量减少,冷却时伴随吸收氧气而重量增加。

三:控制六价铬化合物生成的方法

控制六价铬化合物生成,有如下几种方法:

① 控制温度,由上述介绍可知,假定使用气氛为空气那么加热温度超过1100℃,三价铬化合物则是稳定,保持在该温度以上,便可控制六价铬化合物的生成。

② 控制冷却过程中的气氛,在常温下生成六价铬化合物,一般认为多数是在1100℃温度以内的冷却过程中生成的。因此,得知在还原气氛下进行改过程,例如在共存碳情况下进行冷却即可。

③ 在镁铬砖中通过添加SiO2和TiO2便可控制六价铬的生成。

四:结束语

Cr2O3耐蚀性特别好,非常适于用作耐火材料成分,但是缺点是在高温下与CaO、Na2O3、K2O成分接触,容易生成有害的六价铬。

关键词:铬质耐火材料   
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