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焚烧炉内衬用耐火材料及损毁原因

添加时间:2026年4月10日  浏览次数:

焚烧炉内衬耐火材料的损毁形式通常为侵蚀开裂,损毁因素主要有热应力破坏、机械磨损和侵蚀破坏,其损毁机理主要为以下四个方面:(1)机械冲刷、磨损,在回转炉工作过程中,随着炉衬的转动物料会对窑炉内衬产生更多的机械冲刷和磨损。(2)耐火材料高温溶解,在高温下杂质与耐火材料中的主要成分发生化学反应,生成低熔 点相或者液相。(3)高温熔渣渗透、侵蚀,随着温度的升高,炉内熔渣会在耐火材料上经历熔融润湿-表面腐蚀-渗透-内部侵蚀四个过程,随后在耐火材料内部产生体积膨胀效应,使耐火材料从内部开裂。(4)高温下气相挥发,主要是指在氧化气氛下耐火材料中的含碳材料的氧化损失,如 Al2O3-CSiC 等耐火制品受氧化所造成的损失。

在废液处理炉中,钾、钠金属盐的过量侵蚀是造成废液处理炉内衬损毁的主要原因。目前,SiC质、Al2O3-Cr2O3质和Al2O3-SiO2质耐火材料是废液处理炉内衬使用的主流耐火材料。SiC 质耐火材料应用十分广泛,SiC作为优异的耐火原料之一,本身具有非润湿性和独特的结构,使得SiC质耐火材料具有高温稳定性和耐腐蚀性。在高温使用过程中SiC氧化成为SiO2能够堵塞气孔,从而减缓熔渣的渗透,提高材料的抗熔渣侵蚀性能。但形成的SiO2极易被碱离子所侵蚀,SiO2含量越高,侵蚀速度越快。含Cr2O3的耐火材料具有更好的高温强度及抗渣侵蚀性。将Cr2O3引入到刚玉质耐火材料中,随着烧结温度的升高Cr2O3Al2O3生成结构稳定的固溶体,这些化合物可以在材料表面形成一层致密的氧化层,在刚玉骨料表面形成不规则的环状固溶区域,使材料内部结合紧密,以高熔点的铝铬固溶体作为结合相,在高温条件下能够保持良好的结合强度,并改善材料的抗侵蚀性。但制备过程中固溶度难以控 制,高温下 Cr2O3 易形成蒸汽,导致铝铬质耐火材料致密度差,且铝铬砖易氧化与废液第中碱金属反应生成低熔点的R2CrO4铬酸盐,如K2CrO4Na2CrO4。其中Cr 6+极易溶于水对人体、土壤和水资源造成严重的危害。 

莫来石作为铝硅质耐火材料中稳定的化合物,具有高耐火度、优良的抗热震性、抗蠕变性和体积稳定性。但是在使用过程中,Al2O3-SiO2 质耐火材料易与废液处理炉中碱金属熔渣发生反应,生成低熔点相和膨胀相产物,造成 Al2O3-SiO2 质耐火材料从内部发生侵蚀损毁。钾在700 ℃下开始与游离的SiO2反应,这碱侵蚀的开始的第一步主要反应产物为硅铝酸钾和钾霞石。 


由三元相图1.4可知,在1000 ℃Al2O3-SiO2质耐火材料在使用过程中会与K2CO3反应形成白榴石(KAlSi2O6)、钾霞石(KAlSiO4)两种碱性矿物,这类矿物在耐火料内部产生体积膨胀效应,同时产生玻璃相,使耐火材料从内部造成破坏。

由于在 500 ℃-1600 ℃温度范围内生成钾霞石反应的吉布斯自由能小于零,反应可以自发进行,反应式如 1-1 所示,钾霞石的结晶活化能为103 kJ/mol 小于白榴石的结晶活化能 125 kJ/mol,在同样温度下钾霞石结晶更容易所以在Al2O3-SiO2质耐火浇注料中主要侵蚀物为KAlSiO4。在侵蚀过程中侵蚀产物均会逐渐转化为白榴石,随后会转变为钾霞石,富钾、硅的高温液相接触莫来石后形成侵蚀产物溶解局部饱和后析出钾霞石等物相,反应式如 1-2 所示。
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