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玻璃池窯中耐火材料蝕變的因素
發(fā)布時(shí)間:2019-01-22 瀏覽量:1401

在玻璃熔制過程中,耐火材料和玻璃液在高溫下相互作用,使耐火材料遭受侵蝕損壞,甚至對(duì)玻璃液造成缺陷。在池窯中配合料組分對(duì)耐火材料的侵蝕作用較玻璃液的作用大得多。芒硝配合料較比堿配合料的侵蝕作用更強(qiáng)。通常熔融純堿的侵蝕作用僅局限于加料口附近,而芒硝幾乎可侵蝕到全部池壁。含有硼酸、磷酸、氟、氯、鉛、鋇等化合物和含堿量高的配合料,其玻璃液對(duì)耐火材料有特別強(qiáng)烈的侵蝕作用。池窯內(nèi)火焰空間的窯碹、胸墻、小爐以及蓄熱室等結(jié)構(gòu),雖然不與玻璃液直接接觸,但也受到配合料粉塵和玻璃液面揮發(fā)物不同程度的侵蝕作用。

玻璃液對(duì)耐火材料的侵蝕強(qiáng)度主要取決于玻璃液的黏度和表面張力等物理性質(zhì),至于在受侵蝕過程中的化學(xué)反應(yīng)只有從屬的作用。黏度低和表面張力小的熔融玻璃很容易浸潤(rùn)耐火材料,它能沿耐火材料表面的毛細(xì)管系統(tǒng)而侵人耐火材料中。含堿較多的玻璃其黏度較低,硼硅酸鹽玻璃表面張力小,它們對(duì)耐火材料的侵蝕也就很強(qiáng)烈。

配合料在加熱過程中,開始生成易熔的多酸化合物,流散在玻璃液面上。然后,這些熔體逐漸與比較難熔的組分相互溶解,因此在池窯熔化帶的耐火材料受到多堿硅酸鹽的侵蝕作用。特別是在熔制芒硝配合料玻璃時(shí),浮在玻璃液面上的熔融硝水直接與耐火材料作用。硫酸鈉在885℃熔融,參與玻璃形成反應(yīng),直到約1440℃反應(yīng)才完全。硝水、堿液和多堿硅酸鹽易被吸人耐火材料表面的毛細(xì)孔中,使耐火材料受到強(qiáng)烈的侵蝕。

池窯用耐火材料在受到物理和化學(xué)侵蝕時(shí),侵蝕速度是溫度的函數(shù)。侵蝕速度隨溫度升高而呈對(duì)數(shù)關(guān)系遞增。

升高熔制溫度,就降低了熔融玻璃的黏度,也就加速了對(duì)耐火材料的侵蝕,從而大大縮短了耐火材料的使用壽命。在池窯中每升高熔化溫度50?60℃,將使耐火材料的壽命縮短約1/2。而在坩堝窯中,只要熔化溫度升高20?40℃時(shí),坩堝的使用壽命就會(huì)縮短1/2。

耐火材料的抗物理和化學(xué)侵蝕能力,主要由其組成相的種類及其分布與結(jié)合狀態(tài)來決定。一般耐火材料由一個(gè)或多個(gè)晶相、玻璃相及氣相(氣孔)組成。玻璃相較晶體的化學(xué)穩(wěn)定性差,氣孔是侵蝕劑滲入耐火材料內(nèi)部的通道(尤其是開口氣孔)。玻璃液或配合料的組分滲入耐火材料氣孔的深度,與氣孔直徑的4次方成正比。侵蝕物首先作用于耐火材料中的玻璃相,彼此相互反應(yīng)。溶液滲人耐火材料內(nèi)并溶解玻璃相后,耐火材料中的晶體就會(huì)受到玻璃液流的侵蝕,并有可能不斷出現(xiàn)繼續(xù)受侵蝕的新的部分。氣孔和玻璃相大部分存在于燒結(jié)耐火材料的結(jié)合物中,因此結(jié)合物成為耐火材料抗物理和化學(xué)侵蝕的薄弱環(huán)節(jié)。

耐火材料受侵蝕所形成的熔融物黏度越大,材質(zhì)越致密,開口氣孔越少,所受侵蝕的程度將越小。由于耐火材料被溶解而使玻璃液黏度提高,就能在耐火材料表面形成一層很少移動(dòng)的保護(hù)膜,從而使侵蝕減弱。

要獲得抗侵蝕性良好的耐火材料,除需要有穩(wěn)定的晶相、軟化溫度高、熔體黏度大、玻璃相少及氣孔率低以外,還要求晶相的晶型細(xì)小,而且均勻分布在玻璃相中,結(jié)構(gòu)均勻,結(jié)合緊密,這樣即可使玻璃相得到增強(qiáng)。

耐火材料表面不平整,有縫隙和裂紋都會(huì)使侵蝕加深,特別是橫縫受侵蝕更嚴(yán)重。砌體越致密,縫隙越微細(xì),則玻璃液對(duì)池壁磚的侵蝕作用越小。

玻璃液對(duì)流和玻璃液面的不穩(wěn)定,能加劇對(duì)耐火材料的侵蝕。這主要是由于液流會(huì)加速玻璃液與耐火材料間相互的物理和化學(xué)作用。但玻璃液與耐火材料間的摩擦力非常小,因此受機(jī)械磨損的作用則是較輕的。

在侵蝕進(jìn)行過程中耐火材料被溶解,而在表面形成一層薄膜,當(dāng)受到玻璃液流沖刷時(shí),原來很少活動(dòng)的這層保護(hù)膜就移動(dòng)了,使耐火材料裸露出新的表面部分,這就為進(jìn)一步遭受侵蝕提供了有利條件。當(dāng)黏土質(zhì)池壁磚受到鈉-鈣硅酸鹽玻璃侵蝕時(shí),玻璃表面受到的破壞較液面下不太深處快得多,容易形成深溝。

玻璃液面的波動(dòng)會(huì)加強(qiáng)對(duì)已受破壞的耐火材料層的沖刷作用。當(dāng)玻璃液面下降后,已軟化的一層薄膜不能再保持在耐火材料的內(nèi)表面上,而玻璃液面重新上升時(shí),剝落的薄膜不能回復(fù)原位,就被液流帶走。新的一層耐火材料又暴露出來,重新受到上升玻璃液的進(jìn)一步侵蝕而加速破壞。有時(shí)由于耐火材料被溶解而生成的高黏度玻璃液層被剝落,來不及擴(kuò)散均化,會(huì)使玻璃產(chǎn)生條紋。

由于玻璃液的溫差,池壁附近的玻璃液流向下運(yùn)動(dòng),而池壁耐火材料受侵蝕溶解會(huì)使玻璃液的密度發(fā)生變化,將影響池壁附近液流的速度,并加強(qiáng)侵蝕。池壁的通風(fēng)冷卻,有助于減輕侵蝕,但只有當(dāng)池壁磚的厚度不大時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)。有時(shí)還可增強(qiáng)池壁處玻璃液的對(duì)流循環(huán),反而會(huì)加強(qiáng)對(duì)耐火材料的侵蝕。

池窯中的溫度波動(dòng)將引起耐火材料-玻璃液系統(tǒng)平衡的破壞。如溫度升高時(shí),使覆蓋池壁磚表面的保護(hù)膜的黏度降低,易被玻璃液流沖刷帶走,也會(huì)加速它的侵蝕破壞。

現(xiàn)代池窯多采用輔助電熔和鼓泡澄清工藝,以提高熔化率。但也加強(qiáng)了玻璃液的對(duì)流,升高了深層玻璃液的溫度,這也加強(qiáng)了對(duì)耐火材料的侵蝕作用。

當(dāng)向池窯內(nèi)加入配合料時(shí),料粉容易被窯內(nèi)流動(dòng)的氣體所帶走,粉塵中含堿量很多,往往沉積在池壁磚的上表面,生成釉料,并沿磚的表面流下,使磚面形成深溝,甚至?xí)傻蔚芈湓诓Aб褐校共Aб寒a(chǎn)生條紋等缺陷。

池窯上部結(jié)構(gòu)經(jīng)常受到配合料粉塵和揮發(fā)物的侵蝕。但粉塵與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),其生成物多留在耐火材料表面,形成一層薄膜,它具有保護(hù)作用,可防止配合料粉塵對(duì)耐火材料的進(jìn)一步侵蝕。

配合料和玻璃液的揮發(fā)物也對(duì)耐火材料進(jìn)行化學(xué)侵蝕,揮發(fā)成分主要是堿金屬氧化物和硼化合物,還有氟化物、氯化物和硫化物。這些揮發(fā)物以氣相狀態(tài)與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并滲入耐火材料的氣孔或縫隙中,在溫度較低的部位凝結(jié)成液相,與耐火材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這些化合物的冷凝液體對(duì)耐火材料的侵蝕更為強(qiáng)烈,它們通過浸潤(rùn)、擴(kuò)散,向耐火材料氣孔內(nèi)深入滲透,尤其是上部結(jié)構(gòu)有裂紋和縫隙時(shí),會(huì)對(duì)耐火材料造成很大的破壞。

配合料粉塵和揮發(fā)物在大多數(shù)清況下共同對(duì)耐火材料進(jìn)行侵蝕。距加料口越遠(yuǎn),配合料粉塵越少,而工作池及供料槽的上部結(jié)構(gòu)則只受到玻璃液揮發(fā)物的侵蝕。

這兩種化學(xué)侵蝕都可以誘發(fā)和促進(jìn)不同種類耐火材料之間的相互反應(yīng),并使耐火材料強(qiáng)度降低,甚至引起在物理作用下的損壞。

窯內(nèi)氣氛也對(duì)耐火材料的侵蝕產(chǎn)生影響。如在還原氣氛下作業(yè),或應(yīng)用發(fā)生爐煤氣時(shí),煤氣中的CO和H2會(huì)使磚中的氧化鐵還原,從而加速對(duì)耐火材料的侵蝕。

配合料粉塵和玻璃液揮發(fā)物及其冷凝物以及窯內(nèi)氣氛同樣也對(duì)蓄熱室耐火材料起著相當(dāng)大的破壞作用。

熔融玻璃、料粉和揮發(fā)物與耐火材料接觸發(fā)生的交代反應(yīng),主要是在固相存在下通過擴(kuò)散進(jìn)行的。由于熔融玻璃具有較大的黏度,通常反應(yīng)不易達(dá)到平衡,而且反應(yīng)速度較慢。在蝕變過程中伴有溶解、重結(jié)晶以及形成新相等現(xiàn)象發(fā)生。不同性質(zhì)的耐火材料,侵蝕變化的過程并不相同。各種耐火材料的侵蝕過程,主要與侵蝕物的種類、化學(xué)反應(yīng)速度、反應(yīng)生成物的濃度和磚的結(jié)構(gòu)及溫度、作用時(shí)間、物理和化學(xué)侵蝕條件有關(guān)。


關(guān)鍵詞:玻璃窯爐 耐火材料
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