抗渣性

抗渣性

抗渣性,耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕的能力。熔渣侵蝕破壞耐火材料的機理十分複雜,一般包括有浸透溶解和熔體沖刷等物理化學作用。抗渣性的表示方法可用熔渣侵蝕量mm或%表示。熔渣侵蝕是耐火材料在使用過程中最常見的一種損壞形式。耐火材料抗渣性的優劣主要與其自身的化學成分礦物組成和組織結構等有關,還與熔渣的性質及其相互作用的條件(如溫度時間流速等)有關。抗渣性是評價耐火材料的重要指標之一。

基本介紹

  • 中文名:抗渣性
  • 外文名:slagging resistance;slag resistance
  • 材料耐火材料
  • 條件高溫
  • 釋義:抵抗熔渣侵蝕的能力
  • 測定方法分類:靜態法和動態法兩類
介紹,影響因素,改善途徑,測定方法,靜態法,動態法,

介紹

抗渣性是耐火材料在高溫下抵抗熔渣侵蝕和沖刷的能力。熔渣從廣義上講,指高溫下與耐火材料相接觸的爐渣、燃料灰分、飛塵、鐵屑、石灰、熔融金屬、玻璃液等。抗渣性是耐火材料重要使用性能,對於改善生產工藝、指導正確使用有重要意義。熔渣侵蝕破壞耐火材料的機理十分複雜,有化學反應、物理作用以及物理化學作用。一般包括有熔渣向耐火材料滲透,耐火材料在熔渣中溶解、反應,熔渣沖刷以及由此引起的剝落。

影響因素

影響耐火材料抗渣性的因素有:耐火材料的物理化學性質及組織結構、熔渣的性質以及熔渣與耐火材料相互作用條件。
耐火材料的物理化學性質
耐火材料的化學組成、礦物組成、抗熱震性、抗氧化性等與耐火材料的抗渣性密切相關。不同化學組成的耐火材料具有不同的抗渣性,如酸性耐火材料對酸性熔渣有較強的抗渣性,而鹼性耐火材料對酸性熔渣的抗渣性很弱。耐火材料一般為多相聚集體,其中的物相可分為兩類:結晶相和玻璃相,兩者構成了耐火材料的主晶相和基質。基質中雜質含量高,則耐火材料抗渣性差,而耐火材料抗渣性又大都取決於其基質的抗渣性。熔渣通過擴散進入耐火材料內部,與基質(液相)相互作用,是熔渣侵蝕耐火材料的主要途徑。熔渣進入耐火材料與液相接觸,兩種熔液進行相互擴散與反應,構成了對耐火材料的侵蝕。熔渣在固相中擴散速度較小,不是渣蝕的主要原因。
同一種固體或不同固體的兩個顆粒與熔渣接觸時,形成二面角 (φ),二面角的關係式為:
σs-s=2σs-lcosφ/2
式中σs-s為兩固體界面張力,N/m;σs-l為固體與熔渣界面張力。熔渣在σs-s的作用下進入晶界。耐火材料晶粒愈小,晶界愈多,通過晶界的侵蝕愈大。溶解過程由化學反應與擴散兩個步驟構成。當擴散速度比化學反應速度慢得多時,過程受擴散步驟控制,稱過程處於擴散控制範圍;當化學反應速度比擴散速度慢得多時,過程受化學反應步驟控制,稱過程處於化學動力學控制範圍;當擴散與化學反應速度相當時,過程處於過渡範圍控制。一般耐火材料在熔渣中的溶解過程處於擴散步驟控制範圍。抗熱震性也是影響抗渣性的重要因素,抗熱震性差的耐火材料受到熱衝擊的影響,會出現裂紋或開裂剝落,熔渣易進入耐火材料中與其熔解和反應,使耐火材料抗渣性變壞。含碳耐火材料的抗氧化性也會影響抗渣性。抗氧化性差,表面氧化後形成脫碳層,結構疏鬆易脫落,從而降低其抗渣性。
熔渣的性質
熔渣的種類很多,性質差別很大,概括分為酸性渣、鹼性渣和中性渣3類。不同的渣對同種耐火材料的侵蝕各不相同。就是同一種渣,也會因渣的粘度、溫度等的不同而對耐火材料的侵蝕不同。熔渣與耐火材料相互作用的溫度、氣氛接觸時間、接觸面積、操作條件等,對耐火材料的抗渣性都有影響。一般情況下,溫度越高,耐火材料抗渣性越差,接觸時間越長,侵蝕越嚴重。熔渣的流動對耐火材料的機械沖刷也會影響到耐火材料的抗渣性。
耐火材料的組織結構
指耐火材料中固相、顆粒及氣孔的種類、數量、大小、形狀、取向以及分布狀況等。熔渣侵入耐火材料的途徑有:通過固體擴散、晶界擴散,開口氣孔進入。其中侵入速度最大的是通過開口氣孔進入耐火材料。熔渣滲透進入耐火材料,其基質熔解反應後,殘存的顆粒孤立突出,伴隨熔融物的沖刷,耐火材料表面就會不斷地被侵蝕而脫落。熔渣對耐火材料潤濕程度愈大,侵蝕也越大,熔渣不潤濕耐火材料,則耐火材料通常不會被熔渣熔解或侵入。熔渣侵入耐火材料後,形成變質層,易造成耐火材料的剝落。耐火材料中的開口氣孔,可視為毛細管,是熔渣侵入的通道,由於表面張力作用,熔渣進入毛細管。

改善途徑

應針對熔渣的特點和性質,結合使用條件,選擇與熔渣相適應的耐火原料和適宜的生產方法,以保證獲得組織緻密、結構均勻的耐火材料。

測定方法

抗渣性的測定方法分靜態法和動態法兩類。

靜態法

包括熔錐法、坩堝法和浸漬法。
(1)熔錐法。亦稱三角錐法,將耐火材料與爐渣分別磨成細粉,按不同比例混合,製成截頭三角錐,其形狀、大小與標準測溫錐相同,然後按耐火度試驗方法(見耐火度)進行測試,以耐火度降低程度來表示耐火材料抗渣性的優劣。這是抗渣性測試中最簡單的方法,它只能反映化學礦物組成對抗渣性的影響,而其他影響因素顯示不出來。
(2)坩堝法。從耐火製品上切取大約邊長為80mm,高度65mm的立方體,或鑽取直徑50mm、高50mm的圓柱體試樣,在其頂面中心鑽一直徑30~40mm、深度30~40mm的孔(亦可由耐火材料直接製成這種坩堝),裝入一定量的爐渣,在規定溫度下加熱,並保持一定時間。冷卻後,從鑽孔的直徑部位切開,觀察爐渣對耐火材料的侵蝕情況,得出一個定性的結果。缺點是爐渣化學組成很快改變,粘度增大,且無流動沖刷作用。
(3)浸漬法。將耐火製品切成圓棒狀,在規定溫度下,浸入熔渣中,浸漬一定時間後,取出觀察侵蝕情況,測定其體積變化,計算侵蝕百分率。

動態法

包括迴轉渣蝕法、轉動浸漬法、撒渣法、高溫滴渣法和感應爐法。
(1)迴轉渣蝕法。將被檢測的耐火製品切製成一定形狀的試塊,可以是6塊或9塊。砌在一個小型的迴轉爐內,爐體可自由傾斜,轉速為0~10r/min。用燃氣加熱到試驗溫度。在一定時間內加入一定量的爐渣,視其渣蝕情況,持續一段時間,將渣倒出。冷卻後,拆開砌在一起的試塊,沿試塊的長度方向垂直渣蝕面切開,測量試驗前、後試塊厚度變化,計算渣蝕量,用mm或%表示。這是比較好的一種動態測定耐火材料抗渣性的試驗方法,特點是直觀、對比性強、重複性好。缺點是爐內氣氛較難控制,試驗後試塊的厚度測量不易掌握。中國(GB 8931)、美國(ASTM C874)以及英國(BS 1902:5·13)都規定用這種方法作為檢測耐火材料抗渣性的標準方法。
(2)轉動浸漬法。亦稱旋棒法,與浸漬法不同點是將圓棒試樣浸入熔渣中旋轉一定時間後取出,觀察侵蝕情況。
(3)撒渣法。將耐火材料切製成長方體試樣,置於電爐內,加熱到試驗溫度,將一定量的爐渣通過石英管分次均勻地撒布上試樣頂面中心處,保溫一定時間,冷卻後,測量熔渣侵蝕前、後試樣的體積變化,計算其侵蝕百分率。
(4)高溫滴渣法。將爐渣壓製成棒狀,與水平面成10°角插入加熱耐火材料試樣的試驗爐內,試樣的受蝕面與水平面成30°角斜靠在爐壁上,當加熱到試驗溫度時,渣棒熔化,不斷向前移動,使渣滴落在試樣的受蝕面上,流蝕成溝。冷卻後,從試樣下邊緣38mm處切開,測量渣蝕的寬度和深度,並測量蝕損的體積。
(5)感應爐法。把要被檢測的耐火材料作成小型感應爐襯,置於感應圈內,加入一定量的金屬,待其熔化後,再加入一定量的爐渣,在試驗溫度下保持一定時間。冷卻後,切開爐襯的斷面,觀察比較其侵蝕情況。這種方法比較好,特點是直觀、對比性強、爐內氣氛易於控制。缺點是設備複雜昂貴。

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