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熔渣与耐火材料的反应及其危害(中)

添加时间:2022年8月16日  浏览次数:

熔渣与耐火材料外表面和经迁移与内表面接触后, 可发生以下反应: 耐火材料向熔渣中溶解单纯溶解形成易溶的化合物反应溶解直接形成低熔物发生使耐火材料还原的反应发生使耐火材料组分氧化的反应形成比容差别很大的新产物等。这些反应都引起耐火材料侵蚀给耐火材料带来危害。当熔渣流动时不仅通过对耐火材料的冲刷作用直接对耐火材料进行侵蚀还通过带走上述反应产物, 促进反应进行, 加速对耐火材料的侵蚀。

(1) 耐火材料向熔渣中溶解单纯溶解和反应溶解。

控制溶解的因素。当熔渣与耐火材料接触时若两者的某些组分的质量浓度相差较大, 由于两者间的化学位相差较大, 如耐火材料组分的质量浓度较高, 具有较高化学位, 而熔渣中的组分的质量浓度较低, 则物质从化学位较高的耐火材料向化学位较低的熔渣传递,使耐火材料中的组分被熔渣溶解, 直至该组分在耐火材料和熔渣中的化学位达到平衡即溶解达到某一特定温度下的饱和浓度(溶解度) 为止。

这种单纯溶解是许多耐火材料与熔渣进行反应的最主要形式。有人甚至认为渣蚀就是耐火材料的溶解过程。当耐火材料与外来物进行化学反应形成易溶化合物时会加速耐火材料向熔渣中溶解。


溶蚀的危害。由单纯溶解和反应溶解引起的侵蚀通常称为溶蚀。它不仅直接造成耐火材料一些溶解组分的损失(改变了耐火材料的化学组成) , 而且破坏了耐火材料的结构。当多相耐火材料中可溶物溶入渣中后, 残留相被孤立, 耐火材料的致密结构被破坏, 加速了渣蚀。由于熔渣的化学组成改变, 影响了熔渣的性质并在一定程度上影响了冶炼过程, 其中的不溶性残留相还能给产品带来不利影响。

降低溶蚀速度的措施。降低溶解速度, 必须从以下几个方面采取措施: 降低溶解度和耐火材料在熔渣中的浓度差值; 降低扩散系数和提高扩散层厚度。

为了降低溶解度, 除降低温度外, 应尽量使熔渣与耐火材料间的化学位相近, 如碱性耐火材料抵抗碱性熔渣的侵蚀能力很强, 而酸性熔渣以选用酸性耐火材料为宜。

一般认为耐火材料向熔渣中溶解的传质过程处于扩散速度范围内。为了控制耐火材料向熔渣中的扩散除降低溶解度外还可通过提高熔渣中溶质的浓度、降低扩散系数以及提高扩散层厚度等方法来实现。如在炼钢炉中, 当以镁质耐火材料为炉衬时, 以白云石造渣, 使渣中的MgO的质量浓度提高, 即可使耐火材料的抗渣性得以改善。

(2 ) 耐火材料的结构崩裂。结构崩裂是指耐火材料受到侵蚀, 当其物相和结构变化到一定程度时, 耐火材料的崩坏现象。渣蚀引起的结构崩裂, 一般认为是由于形成变质层和形成比容差别较大的产物引起的。

变质层的形成。变质层的形成, 是由于熔渣的渗入所致。在渗入过程中, 由于材料内温度梯度和熔渣黏度的影响, 熔渣侵入到一定深度后, 就不再继续渗透。从耐火材料热面到其内部一定的深度, 就形成了组成与结构有别于原材料的变质层。而且熔渣在渗透时还发化学过滤”, 沿熔渣的渗透方向, 其化学组成和物相组成都可能不断地发生改变。因此,变质层内随其厚度的变化, 其组成与结构也有一定差别。

结构的崩裂。在变质层的形成过程中, 由于形成的产物间和原材料间的比容和热膨胀性等有差别, 在变质层与原材料之间或变质层内各层之间, 因各种物相摩尔体积变化而产生结构应力并破坏其间的结合形成裂纹甚至产生剥落和崩裂。这种体积变化为如含MgO 的碱性耐火材料同Fe2 O3 的熔渣接触时生成 MgO·Fe2O3即发生反应MgO + Fe2 O3→MgO·Fe2 O3 。依式计算结果可知此种反应伴生 2 .1% 的线膨胀, 因而使耐火材料产生结构崩裂。再如硅酸铝质耐火材料受碱蒸气的侵蚀, 也是由于莫来石或刚玉和SiO2 等受氧化钠侵蚀形成霞石( Na2O·Al2 O3·2SiO2 ) , 产生体积膨胀, 导致结构崩裂。耐火材料中的气孔内在还原性气氛下发生碳素沉积, 使耐火材料的结构破坏, 也可认为是一种结构崩裂。

关键词:熔渣   耐火材料   侵蚀   渣蚀   
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