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氯化炉生产海绵锆对炉衬耐火材料的腐蚀损坏

添加时间:2020年4月14日  浏览次数:

海绵锆及其化合物的生产国内多采用固定床氯化炉,使炉内的物料碳化锆与通入炉内的氯气 反应,生成四氯化锆,并释放出活性炭及热量而炉内反应温度是通过氯气流量来控制的,即通人氯气量越大,炉内反应温度越高。

在反应过程中炉衬的耐火材料要受氯气的腐蚀,反应温度越高腐蚀速度越快,炉体在不断的腐蚀中变薄穿洞,造成氯气泄漏,炉体报废,不仅影响生产,而且污染环境。长期以来炉体的寿命一直制约着生产率和效益的提高选用耐腐蚀的炉体耐火材料 、改进炉体结构是提高炉体寿命的关键。

氯化炉

一:炉体腐蚀机理

众所周知,处于氯气介质中的许多耐火材料如SiO2、AL2O3、CaO、MgO等一般不耐氯气腐蚀,特别是在高温情况下。因此这些材料一般不能用作氯化炉的内衬。

长期以来氯化炉内衬一直采用电熔石英(玻璃水氧化硅)、水玻璃打结的办法,即粒度5~20mm,0.5~5mm,0.88mm以下的电熔石英按1:1:2,用水玻璃(NaSiO3)做粘合剂、打结而成,这种氯化炉内衬耐腐蚀性能大大高于一般耐火材料,但仍存在着严重的被腐蚀现象,其腐蚀机理如下。

1.1水玻璃腐蚀

2Na2SiO3+4CL2+3C=4NaCL+2SiCL4↑+3CO2↑

起反应示的自由焓变为△GT°=81670—316.42T,当△GT°<0时则T>258.10K,说明式有进行反应的趋势,但反应速度非常缓慢。T=1000时△GT°=982851J,反应趋势非常大,说明反应式很容易进行。

1.2电熔石英腐蚀

SiO2+2CL2+C=SiCL4↑+2CO2↑

反应式的自由焓变化△GT°=-5570-66.447T,在常温下△GT°<0,说明反应式有进行的趋势:T=1000K时△GT°=—301491J,说明反应式很容易进行。

从以上分析可看出,T=1000K时,电熔石英及水玻璃都能与氯气反应,造成炉内衬的腐蚀,说明这种打结炉衬的材料还不是理想的氯化炉内衬材料。

在实践中,当打结炉衬厚度为500mm、产量为50Kg/h ZrCL4时,炉衬的寿命为2.5~3年,而产量为75Kg/h ZrCL4时炉衬的寿命仅有1.5年。

二:炉衬耐火材料结构的改进

氯化炉炉体被腐蚀的机理说明,绝大多数耐火材料难以承受高温氯气的腐蚀。反应式表明,碳化锆在氯化过程中除生成ZrCL4外,还产生大量的游离碳,碳若能与氯气反应,则反应式如C+CL2=CCL2反应式的自由焓变为△GT°=75000-6.667T,T=298K时△GT°=305700J,说明反应不能进行。只有当△GT°<0时,反应式才有可能进行,而此时的T>11261.26K,这个温度大大超过了炉内的实际反应温度。这说明在正常的氯化反应过程中碳不与氯气反应。因此,为用碳做氯化炉内衬找到了理论根据。

为了采用碳做炉体材料,必须对氯化炉炉体结构进行改造。改造后的炉体结构为用碳砖砌筑内衬,电熔石英打结外衬,内外衬中间用粗缝糊灌注,这样的结构即增强炉体的强度,有提高了炉体的气密性,防止氯气从砌缝中泄漏,实践证明这是固定窗氯化炉较为理想的炉体结构。

关键词:氯化炉   耐火材料   腐蚀   
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