产品分类

耐材知识

当前位置:首页 > 耐材知识 > 氯化炉内衬耐火材料结构及损坏原因

氯化炉内衬耐火材料结构及损坏原因

添加时间:2020年4月15日  浏览次数:

钛冶金过程的沸腾氯化主要在沸腾氯化炉内进行,而内衬耐火材料则是沸腾氯化炉最为重要的组成部分,是关系到其能否正常使用和运行的关键。

一:氯化炉内衬结构简介及损坏原因

整个沸腾氯化炉内衬的主要作用是形成气流边界,形成撞击流的约束,使得物料合理流态化。并在高温反应下起到隔热、绝热的作用。在整个运行过程中,氯化炉内成分十分复杂,主要成分为:高钛渣颗粒,TiCI4、CL2、02、CO、CO2、N2等。

炉底和反应段内衬正常工作温度为900~1O00℃,这一区域主要承受炉料在撞击流作用下 的直接冲击和摩擦作用。该部位因承受物料的冲击、上升的磨损气体侵入、碳沉积发生反应而容易发生内衬材料的损坏。其损坏原因主要有 :

a.热的作用:即热负荷、热冲击 ;

b.化学作用:由于氯气、碱金属、渣等化学元素的侵入,造成内衬材料渣化和损坏,以及氯气与耐火材料的化学作用;

c.机械作用:由于物料颗粒的摩擦和含尘烟气磨损造成内衬材料的受损。

氯化炉

二:氯化炉内衬损坏机理分析

沸腾氯化炉内衬材料主要采用AL2O3和SiO2,物相组成主要为莫来石,主要化学成份及物理性能测试见表1

从热力学上看,AL2O3—SiO2系材料各物相在氯化反应中:莫来石相A3S2最不稳定,其成份见表2,石英相SiO2最稳定,刚玉相AL2O3居中;在碳热还原中;石英相最不稳定,刚玉相最稳定,莫来石相居中。在实际中,炉衬材料是如何损坏的,其过程是怎样发生的,这要从残 砖显微结构分析人手。

从残砖显微结构和能谱分析结果来看,从原质层、变质层到反应层,炉衬耐火材料中(主要为莫来 石相和石英相)的AL2O3/SiO2。比值是不断升高的,说明炉衬材料中的SiO2是向外不断“流失”的。从动力学上来,耐火材料中的SiO2,以固相形式向外迁移是十分困难的。从热力学上看,在砖内部(变质层)没有C参与反应的情况下,CL2与SiO2反应形成 SiCL4,以SiCL4气体形式向外迁移是不可能的。因此,在氯化炉工况条件下,炉衬材料中内部SiO2 的“流失”现象只能以SiO气体形式向外迁移,这可能是SiO2碳热还原反应所引起。SiO2碳热还原反应过程如下:

SiO2+2C=Si+2C0(g) (1)

si+C=SiC (2)

SiO2+3C=SiC+2C0(g) (3)

SiO2+C=SiO(g)+CO(g) (4)

SiO(g)+2C=SiC+CO(g) (5)

SiO(g)+C+2CL2(g)=SiCL4(g)+CO(g) (6)

SiO2+CO(g)=SiO(g)+CO2(g)△G=△G°+RTIn(Psi0 Pc02/Pco) (7)

根据相律,在Si—C一0系统在不变点同时可有5个以上的相:P=3+2=5。即在形成SiC的温 度条件下,此反应开始发生温度为1350~C左右,该Si-C-0系统可含有下列单独物质:C,Si, SiO,SiO2,SiC、CO和 CO2。

在C过量并直接参与反应的情况下,反应体系中不存在CO 。从动力学角度看,基元反应多数是单分子反应和双分子反应,三分子反应不多,四分子反应更少,所以除少部分紧密结合、相互包围的SiO2与 C直接通过式所示固相反应生成SiC晶核之外,SiO与3个C分子同时相遇发生反应的几率较小,即式 (3)所示反应发生的程度非常有限,更应被视为几个加合反应的总反应式。在Si—C一0系统反应中,C和SiO2为反应原料,Si和 SiO是反应的中间产物,SiC和CO为最终产物。Si的熔点为1410℃,沸点为2355℃,而SiO在1180℃以下任何温度都不稳定,在高温下以气态存在,所以体系中只存在SiO2、C、CO、SiO、SiC等几种可能的物相。可以确定,碳热还原SiO2,的基元反应步骤为:SiO2+C=SiO(g)+CO(g);SiO (g)+2C=SiC+CO(g)。但事实上有CL2存在,SiO2碳热还原的基元反应中,第2步可能没有按式(6)进行,而是按式 (7)进行,从而导致炉衬耐火材料中SiO2的不断“流失”。在残砖的表面反应层,SiO2的“流失”可能是按此过程损毁的,这与残砖反应层显微结构中看不到SiC是相吻合的。

在C过量但并不直接参与反应的情况下(即PCO/PCO比值较大 ),反应体系中不存在C,那 么SiO2:碳热还原的反应将按照式 (7)进行。经过热力学计算,式 (7)反应开始温度为1400℃左右。炉衬残砖在炉况不正常超温情况下形成变质层,其中的SiO2的“流失”可能是按此过程损毁的。

 

关键词:氯化炉   耐火材料   
版权所有 2013-2018 郑州驹达新材料科技有限公司 豫ICP备16012381号-1
电话:0371-60288311 传真:0371-85818311 业务咨询:18537113611
邮箱:zzjdnc@163.com QQ:497985876

豫公网安备 41018302000261号

你好 欢迎订购我公司耐火材料产品
在线客服