耐火材料各性质(5)

2019-08-31 11:46

耐火材料与液相熔渣的反应速度快,低熔反应产物大量生成。若反应物或熔渣的粘度低时,反应物易于从反应界面处移走,材料表面又与新的熔渣层接触发生反应。由此,耐火材料将被液相熔渣快速熔蚀。

耐火材料与液相熔渣的反应速度慢,低熔反应产物极少量生成。耐火材料难于被熔渣熔蚀。一般情况下,化学反应的酸碱性原则也适用于耐火材料与液相熔渣的反应程度。酸性耐火材料抗酸性渣能力强,碱性耐火材料抗碱性渣能力强。

液相熔渣对耐火材料的熔蚀溶解速度,代表性的关系式为:

Δd=A(T/η)1/2t1/2

式中:Δd—耐火材料的蚀损量; A—常数; T熔渣温度;η—熔渣粘度;t—反应时间。

熔渣的温度高、粘度小,耐火材料与熔渣易于反应,反应产物易于从接触界面上移走,耐火材料的熔蚀程度相应就大。 5.6.5 熔渣对耐火材料的侵入变质溶解

具有较大尺寸开口气孔的耐火材料,液相熔渣对耐火材料的侵蚀不仅在接触界面上进行,还能够经气孔侵入渗透至材料的内部进行。其侵入速度要比通过液相侵入或固相扩散都要大的多。由此,反应溶解的深度和面积扩大,使液相熔渣侵入区域内的材料组成与结构发生变质,形成溶解度高的变质层,加速了材料的熔蚀。此外,变质层与材料本体的化学矿物组成、结构等不同,高温及力学性能也不同,若有温度急变发生,变质层极易从材料上剥离下来,材料的新表面再与液相熔渣接触,又可能重复液相熔渣的侵入与变质层的剥离,加剧了材料的蚀损。此种情况是钢包包衬的使用寿命低的主要原因。

耐火材料中的开口气孔,可视为毛细管。根据镁砖与C-A-S系液相熔渣作用确定的侵入速度关系式为:(熔渣侵入量公式)

Vt=A(ε2r/2)1/2[(ζCosθ)/η]1/2(t)1/2

式中:Vt—熔渣侵入量;A—接触面积;ε—开口气孔率;r—气孔半径;

ζ—液相熔渣表面张力;θ—液相熔渣与耐火材料的接触角; η—液相熔渣的粘度;t—时间。 各因素对熔渣侵蚀的影响可分析如下: (1)气孔率和气孔尺寸对熔渣侵蚀的影响

耐火材料开口气孔率愈高,液相熔渣的侵入速度愈快,液相熔渣的侵入速度大致与气孔率成正比。当耐火材料的气孔率一定时,气孔的形状、直径、长度、分布等情况不相同,则液相熔渣的侵入速度可能变化很大。

气孔直径尺寸大,液相熔渣顺利通过较大气孔侵入,基质部分容易被熔蚀掉,而使大颗粒裸露突出,颗粒与液相熔渣的接触面积加大,颗粒的溶解与反应程度加大,颗粒还容易被液相熔渣从制品上熔涮下来。另外有人提出,熔渣不侵入气孔尺寸小于5μm的气孔。 (2)液相熔渣与耐火材料的润湿程度对熔渣侵蚀的影响

液相熔渣对耐火材料的润湿作用程度,是液相熔渣对耐火材料溶解、反应、侵入等过程进行的前提和必要条件。若液相熔渣不润湿耐火材料,则耐火材料就不易于液相熔渣所溶解或与其反应。

特别是当开口气孔为直径小的毛细管时,液相熔渣与耐火材料的润湿程度就尤为重要,表面张力导致的弯曲液面上的附加压力的作用方向,是自液面指向弯曲液面的曲率中心的,是背离凹液面指向的。若液相熔渣不润湿或润湿不良时,其润湿接触角θ>90o,液相熔渣进入气孔中的弯曲液面附加压力的方向是指向液相熔渣的。液面附加压力的作用可以阻止液相熔渣向气孔中的推入。熔渣对耐火材料表面的润湿性取决于润湿角θ,只有当润湿角θ<90°时,熔渣向砖内气孔侵入(渗透)才有可能。

不同物质之间的润湿情况如右图和P32表1-6所示,据此可对确定的液相熔渣选用相应的适宜材料。

例如,碳砖不为熔渣所润湿,因此实际上也不被熔渣所侵蚀;再如,氧化锆是难于熔渣润湿的材料,这是连铸水口砖选用氧化锆的理由之一。此外,炼钢转炉用碱性砖以焦油为结合剂、以及某些制品需浸渍焦油或沥青后使用,其作用均起着润湿不良的效果。 (3)液相熔渣的粘度对熔渣侵蚀的影响

液相熔渣的粘度小,物质通过液相的扩散及溶解度加大,液相熔渣易于流动,加剧了溶解、反应溶解、熔渣侵入等。但是,某些耐火材料溶入熔渣后,液相熔渣的粘度增大,浓度很大的液相熔渣会在耐火材料的表面处形成“覆盖保护层”,使耐火材料免遭液相熔渣的溶解、反应、侵入。如硅砖、叶蜡石耐火材料较好地应用于冶金炉衬和钢包内衬上即是缘由于此。 (4)高温环境气氛对熔渣侵蚀的影响

这里讲到的环境气氛指的是气体的氧含量的多少。某些氧化还原变价元素极其化合物,在氧化或还原气氛中元素的变化对耐火材料抗侵蚀性的影响不可忽视。如Al2O3-SiO2质耐火制品中的Fe2O3,还原气氛时以FeO形式存在,其与耐火材料的主成分在较低温度1205℃产生液相,氧化气氛时以Fe2O3形式存在时,产生液相的温度则为1380℃以上。这样,Al2O3-SiO2质耐火制品在还原气氛下的抗侵蚀性就差。

5.6.6 提高耐火材料抗侵蚀性的途径 (1)纯化原料及强化基质

该方法是提高耐火材料许多性能的有效方法,同样地也可以改善耐火材料的抗侵蚀性。选用纯度高的原料,减少原料中的杂质含量,制品中高耐火性能主晶相的含量多,液相及低耐火性能的次晶相的含量低。

配料中加入某种物质,使其与基质中的成分作用生成高耐火性能的晶相,或提高液相基质的粘度。如Al2O3-SiO2质耐火制品中引入氧化铝细粉、锆英石细粉、或叶蜡石细粉,石英细粉等.

(2)选择适宜的生产工艺方法

调节配料的颗粒级配,使制品易于形成最紧密堆积,减小气孔率,提高致密度。改进成型设备及工艺操作,增加成型压力和次数,先轻后重,第一次的加压和抬起速度要慢,制品坯体的裂纹少、气孔率低、致密度高。

烧成制度合理,减少制品的欠烧和过烧,减少制品烧成中产生的相变裂纹、快烧及快冷裂纹。

6.7 耐火材料抗渣性测定方法

耐火材料抗渣性测定方法有熔锥法、坩埚法、浸渍法、撒渣法等为静态测试法;转动浸渍法(旋棒法)、回转坩埚法、回转渣蚀法等为动态测试法。静态法适合比较不同物料的抗渣性,或比较不同熔渣的侵蚀性。动态法较接近耐火材料的实际使用条件,较真实反应材料的抗侵蚀性。测定方法可见GB8931-88。 5.7 耐火材料的耐真空性

耐火材料常压下的蒸气压很低,较稳定不易挥发。而在高温时的真空条件下(如冶金真空熔炼炉、或钢水真空脱气处理等),耐火材料的挥发量加大,使其使用寿命或性能降低。

某些元素的化合物或其缺氧化合物,在高温真空条件下易于挥发。如SiO2、Cr2O3等化合物及制品,其高温真空耗损大。而Al2O3、CaO、ZrO2等化合物及其制品耐高温真空性较好。

耐火材料在高温真空条件下,因真空所致,耐火材料的质量、密度、气孔率、化学矿物组成、以及其力学性能、高温性能等均容易发生变化,性能降低导致材料损坏。

§1-6 耐火材料形状的正确性及尺寸的准确性

耐火材料形状的正确性及尺寸的准确性。即指耐火材料的形状和尺寸要符合用户的要求。

形状尺寸不合格的耐火材料使用时,会导致炉窑砌筑体的整体性差、强度低、气密性差。降低炉体的使用寿命,特别是降低炉体的抗渣性、高温强度、抗热震性等。

影响耐火材料形状尺寸不合格的因素很多,有试验设计方面(制品的缩放尺)、原料变动更换、配料准确性、颗粒级配、配合料的水分、坯体干燥与烧成制度等。此外,坯体的装窑位置、砖垛的稳固平整程度等也是重要的影响因素。

可以改进生产工艺技术,生产形状尺寸合格的制品,即生产出尺寸公差小于规定值的制品。对于使用期长、工程投资大、质量要求严格的窑炉,耐火材料使用前甚至还需要使用金刚石工具进行切割、磨抛等机械加工。 耐火材料的外观检查项目和规


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