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鋼包工作襯耐火材料在使用過程中最常接觸到的是各種冶金熔渣,熔渣對耐火材料的侵蝕和滲透是材料破壞的兩大主要因素。
1、鋼包工作襯材料抗渣侵蝕性
高溫蝕損過程中,耐火材料逐漸向渣中溶解,基質(zhì)被大量蝕損掉,耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)被嚴(yán)重破壞。此過程影響因素很多,如熔渣的化學(xué)組成與性質(zhì)、渣的黏度、溫度、耐火材料的組成與雜質(zhì)、工作氣氛等,人們改善耐火材料抗渣性的最主要途徑是改變其組成與雜質(zhì)成分。
富鋁尖晶石的八面體中存在大量的陽離子空位,容易吸收渣中的鐵與錳的陽離子形成復(fù)雜的尖晶體,其可將耐火材料的溶解由直接溶解變?yōu)殚g接溶解,同時由于渣中鐵、錳氧化物的降低,氧化硅等含量增大,從而提高渣的黏度,降低了它的侵蝕與滲透能力;CA6本身是耐火材料與渣的反應(yīng)生成物,其熔點(diǎn)高,少量存在對耐火材料有自修復(fù)作用,能夠減少熔渣對耐火材料的侵蝕。
耐火材料中的雜質(zhì)或添加劑對耐火材料的抗侵蝕性也有較大影響,例如B2O3是海水鎂砂中最常見的雜質(zhì),MgO-B2O3系的液相出現(xiàn)溫度為1358℃。很少量的B2O3的存在即可使液相出現(xiàn)的溫度從MgO的熔點(diǎn)(約2800℃)下降到1358℃,從而使其抗侵蝕能力大幅度下降。金屬鋁作為MgO-C磚的抗氧化添加劑被廣泛使用,研究表明它對MgO-C磚抗渣侵蝕的影響與渣的堿度有關(guān),添加鋁后有利于提高M(jìn)gO-C磚抗堿性渣的侵蝕能力,但其抗酸性渣的侵蝕能力反而因鋁的添加而下降。
2、鋼包工作襯材料抗渣滲透性
渣蝕滲透過程中,耐火材料中的氣孔、裂紋、晶界等對渣沿耐火材料中的滲透造成重要影響。
熔渣向耐火材料內(nèi)滲透的主要途徑有:1,通過開口氣孔與裂紋向耐火材料內(nèi)部滲透;2,通過晶界向耐火材料內(nèi)部滲透;3,渣中的離子進(jìn)入到構(gòu)成耐火材料的氧化物中,通過晶格擴(kuò)散進(jìn)入耐火材料中。在以上三種滲透途徑中,后兩種形式,特別是通過晶格擴(kuò)散的滲透是很小的,而通過氣孔與裂紋的滲透程度是最大的。
當(dāng)時間為t時滲透深度L與孔徑r的關(guān)系式為:
滲透速度與孔徑的關(guān)系式為:
公式1和2中L表示渣滲透深度;r表示氣孔孔徑大小;t表示滲透時間;σ表示熔渣的表面張力;θ表示熔渣與耐火材料間的潤濕角;η表示滲入耐火材料中的熔渣的黏度;v表示渣的滲入速度。
從式1及式2中可以看出,渣滲透的深度與r1/2成正比,而滲透速度與r成正比??梢姡S著氣孔孔徑的增加,渣向耐火材料中的滲透速度與深度都增大,因此,耐火材料的氣孔孔徑越小,其抗渣的滲透能力越強(qiáng)。除此之外,氣孔孔徑分布也對渣的滲透性有很大影響,當(dāng)氣孔孔徑分布不均勻時,渣的滲透路線呈樹枝狀,即它先沿大氣孔滲入耐火材料中,然后沿著小氣孔向四周滲透擴(kuò)散,這樣渣就比較容易滲入到耐火材料內(nèi)部。相反,如果耐火材料的氣孔分布是均勻的,沒有孤軍深入的滲透條件,渣沿氣孔滲透也是均勻的,滲透面積也會比氣孔分布不均的小。
其中耐火材料的氣孔率對渣滲透的影響是顯而易見的,在其他條件相同的情況下,耐火材料的顯氣孔率越高渣的滲透越厲害。
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