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      提高耐火材料的耐堿性和耐腐蝕性的方法

      作者:admin時間:2021-07-04 18:25:49 次瀏覽

      信息摘要:

      堿蒸汽對耐火材料的侵蝕主要與其氣孔結構和化學成分有關,氣孔結構主要影響堿蒸汽的滲透性過程,化學成分則影響腐蝕過程中的化學反應過程。提高耐火材料耐堿蒸汽腐蝕性能,應

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         堿蒸汽對耐火材料的侵蝕主要與其氣孔結構和化學成分有關,氣孔結構主要影響堿蒸汽的滲透性過程,化學成分則影響腐蝕過程中的化學反應過程。提高耐火材料耐堿蒸汽腐蝕性能,應從其氣孔結構和化學成分等方面入手。
          為提高耐火材料的耐堿性和耐腐蝕性,除主成分外,還加入了一些附加成分。其原因在于,在燒結過程中加入組分,一方面可以提高材料的致密化程度,減少侵蝕物質的滲透性,另一方面可以改變熔渣的粘度,或吸收部分侵蝕物質。例如,尖晶石可以將Fe2O3和CaO等成分加入到熔渣侵蝕過程中,提高堿性渣渣的粘度,從而降低渣渣對耐火材料的滲透性,因此將尖晶石引入到鎂質耐火材料中,可明顯提高其抗滲透性。此外,將氧化鋁成分引入鎂質耐火材料中,使其在高溫下原位形成一定含量的尖晶石,同時還可進一步提高抗堿渣滲透能力。
          一、化學成分。
          耐火材料的化學成分一般根據其各成分含量和作用分為主成分、附加成分和雜質成分等。主組分是指對耐火材料的性能起決定作用并構成基質的組分。耐火材料和渣料均可分為酸性和堿性兩種類型,為了提高其耐腐蝕性能,腐蝕介質的酸堿性首先要與材料的主成分相匹配。堿度表示方法通常是用堿性氧化物含量與酸性氧化物含量的比值來表示,而渣中CaO含量與SiO2含量的比值則常用。
          高堿的渣型為堿性渣型,低堿的渣型為酸性渣型。酸渣渣中含有SiO2、B2O3、P2O5、V2O5和氟化物等多種酸性氧化物,易溶于堿性耐火材料,但對酸性耐火材料的溶蝕作用較弱,堿性耐火材料對堿性耐火材料的侵蝕作用較強,酸性耐火材料對酸性耐火材料的侵蝕作用較強。如在水泥回轉窯、垃圾焚燒爐和玻璃窯中,多采用方鎂石-尖晶石、鎂鉻石、白云石等耐火材料作窯襯。
          為提高耐火材料的耐堿性和耐腐蝕性,除主成分外,還加入了一些附加成分。其原因在于,在燒結過程中加入組分,一方面可以提高材料的致密化程度,減少侵蝕物質的滲透性,另一方面可以改變熔渣的粘度,或吸收部分侵蝕物質。
          例如,尖晶石可以將Fe2O3和CaO等成分加入到熔渣侵蝕過程中,提高堿性渣渣的粘度,從而降低渣渣對耐火材料的滲透性,因此將尖晶石引入到鎂質耐火材料中,可明顯提高其抗滲透性。此外,將氧化鋁成分引入鎂質耐火材料中,使其在高溫下原位形成一定含量的尖晶石,同時還可進一步提高抗堿渣滲透能力。
          二、氣孔構造。
          其氣孔結構包括氣孔率、氣孔直徑、氣孔閉合率、微孔比例和氣孔彎曲度等??諝饪紫督Y構會影響耐火材料的透氣性,進而影響耐火材料中腐蝕氣體的滲入過程。耐高溫材料氣孔直徑越小,其氣孔結構越復雜,其透氣性越差,說明其耐堿蒸汽的透氣性越好。
          通過調整顆粒級配,在耐火材料中加入一定數量的納米粉末,可以優化耐火材料氣孔結構。研究表明,通過材料內部的物理化學反應來減小孔徑大小,減小孔洞連通度,也是調整材料微觀結構的重要手段之一。
          在耐火材料領域,加入微納米粒子如碳化物、硼化物、氮化物等,可實現高溫擴散或氧化氣氛中的氧化,封閉耐火材料的部分氣孔,使其具有優異的高溫性能。
          金屬、金屬合金、碳化物、氮化物等含碳耐火材料也可用于耐火材料的微孔化設計。在制備和使用過程中,這些物質會形成某種化合物,或者產生一定的體積膨脹效應,從而堵塞部分氣孔,降低氣孔率,在材料表面形成保護層,從而提高耐火材料的抗滲性。
          碳素材料中,微孔化炭磚是通過顆粒的緊密堆積和原位分解膨脹的原理制備的,進一步研究表明,高爐炭磚中的氣孔小于1μm或更長時間,鐵水、鋅等物質就很難被化學腐蝕滲透到材料中。其中,平均孔徑和孔徑<1微米的孔洞體積率是評價產品質量的重要指標。
          類似地,通過引入硅微粉也實現了鋁碳耐火材料的微孔化,對不同孔徑的耐火材料進行了滲透測試,發現孔徑較小的耐火材料具有較低的滲透率,因而這類耐火材料也表現出更好的抗腐蝕性能。
          將鋯英石引入莫來石質耐火材料和方鎂石-尖晶石耐火材料中,結果表明,在分解過程中,鋯英石產生了氣孔,使材料基質更加致密,同時提高了材料抗堿蝕能力。
          研究了紅柱石的抗堿蒸汽侵蝕機理,發現當紅柱石材料受鈉蒸汽侵蝕時,其形成的侵蝕產物會被鎖在莫來石網中,從而限制了侵蝕的進一步發生,因而這類材料具有較好的抗堿侵蝕能力。
          通過以上工作,可減小耐火材料中腐蝕氣體的氣孔直徑,并可堵塞部分氣孔,從而使氣孔結構更加復雜,氣孔連通度降低,腐蝕氣體在耐火材料中滲流的額外阻力和慣性力增大,從而大大減輕材料的腐蝕。
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