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高铝砖在碱性侵蚀环境下的破坏

添加时间:2019年10月24日  浏览次数:

将烧制碱性耐火砖隧道窑炉墙上的高铝砖拆下一块标准尺寸进行分析发现,高铝砖表面吸人了3类组分:碱质Na20和K20;酸性介质S02/S03和氯。碱质Na20和K20一直扩散到70mm段带深度,依其0—70mm段浓度梯度推断,它仍会向更深层带渗透。Fe203、NiO和S02/S03基本上富集于表面。

0~40mm段蚀变带呈褐绿色,多横向裂纹,表层约0—10mm厚度呈疏松泡沫状。40—70mm段致密坚硬,与原砖结构没多少区别。对高铝砖产生侵蚀作用的主要是燃料灰份、燃烧的气体产物中的碱性组分Na20(g)K20(g),它们与高铝砖中的玻璃相、莫来石甚至刚玉反应,形成霞石 (Nepheline),NaAISi04和β—A1203,导致膨胀和疏松,腐蚀后的高铝砖的表面松散结构的形态。燃烧的气体产物SO2/S03可与Na2O(g)化合生成无水芒硝,(Na2S04),沉积于空隙中;或者是与先行生成的霞石作用,生成固溶S02/S03和NaCl的组成复杂的新相—方钠石族固溶体(青金石HaiJynite, Na3CaS04Si3A13012,蓝方石Lazurite,Na4S2Si3A13012和黝方石NoSehte,NagAI(Si04)6·s04被统称方钠石族固溶体。当无水芒硝与先行生成的霞石接触反应便发生反霞石化反应,获得产物黝方石。所以,反应产物钠铝硅酸盐的组成是很复杂的。

高铝砖

在分析的试样中,均检测出新的含硫和含碱化合物,它们均是由气相NaCL、NaF、SO2和SO3渗入材料中发生反应而生成。在这种环境气氛下,芒硝(Na2So4)会在窑炉冷端沉积,对于本研究来说就是在高铝砖上沉积。芒硝(Na2So4)侵蚀用专业术语来说是热腐蚀。由方程式1可以看出,芒硝是由气态盐、含硫氧化物、氧气和水蒸气反应生成。

2NaCL(g)+SO2(g)+1/2O2+H2O(g)→Na2SO4(S,L)+2HCL(g)

无定形二氧化硅首当其冲,接着是方石英、鳞石英、石英晶态二氧化硅,被芒硝侵蚀。砖的热面比砖的冷面侵蚀得更严重是因为液态芒硝(Tm=884℃)更容易和二氧化硅发生反应。由方程式(2)可以看出,游离二氧化硅被芒硝溶解

Na2SO4(1)+2SiO2(g)→Na2Si2O5(1)+SO2(g)+1/2O2(g)

方程式表明,芒硝起到助熔剂的作用,将游离二氧化硅溶解到液相中。熔融的芒硝和低熔点的硅钠石(Na2Si2O5,Tm=775℃)形成大量液相。正如,高铝砖中二氧化硅含量越高,液相生成量就越大。过量的液相使砖发生变形并降低力学强度。因此,砖中游离二氧化硅的存在意味着更高的损毁风险。

一旦游离二氧化硅被消耗殆尽,莫来石相(AL6Si2O13)就会受到侵蚀。上个阶段形成的液态硅钠石(Na2Si2O5)和莫来石反应,生成钠长石(NaALSi3O8)和刚玉相,同时,芒硝可能和莫来石直接反应,生成黝方石,黝方石和钠长石晶体结构类似,都会产生破坏性膨胀,这就是之前所说炉衬突然坍塌的主要原因。

关键词:高铝砖   耐火砖   
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