提高耐火材料抗碱蒸气侵蚀的途径
编辑:荣盛耐材 浏览: 时间:2021-04-16
为了提高耐火材料的抗碱侵蚀性能,除了主要成分之外,某些添加成分也被引入耐火材料体系之中。这是由于,添加成分一方面可以提高材料烧结过程中的致密化程度,降低侵蚀性物质的渗透;另一方面也可以改变侵蚀过程中渣的粘度或者吸收部分侵蚀性物质。比如,尖晶石在熔渣侵蚀过程中可以固溶渣中的某些组分如Fe2O3以及CaO,提高碱性渣的粘度,从而降低渣对耐火材料的渗透,因此在镁质耐火材料中引入尖晶石可以显著提高其抗渗透性能。另外,通过向镁质耐火材料中引入氧化铝组分,使其高温下原位形成一定含量的尖晶石的同时抗碱性渣渗透性能会进一步增强。
01 化学组成
碱度高的渣为碱性渣,碱度小的渣为酸性渣。酸性渣中含有较多的酸性氧化物如SiO2、B2O3、P2O5、V2O5以及氟化物等,它较容易熔损碱性耐火材料,但是对酸性耐火材料的熔损较弱,碱性耐火材料抗碱性渣的侵蚀较强而酸性耐火材料抗酸性渣的侵蚀较强。例如,在水泥回转窑、垃圾焚烧炉以及玻璃窑中,大多都会采用方镁石-尖晶石质、镁铬质、白云石质等耐火材料作为窑衬。
为了提高耐火材料的抗碱侵蚀性能,除了主要成分之外,某些添加成分也被引入耐火材料体系之中。这是由于,添加成分一方面可以提高材料烧结过程中的致密化程度,降低侵蚀性物质的渗透;另一方面也可以改变侵蚀过程中渣的粘度或者吸收部分侵蚀性物质。
耐火材料的气孔结构包括气孔率、气孔直径、闭气孔率、微孔比例以及气孔弯曲度等。气孔结构可以影响耐火材料的透气性能,进而影响侵蚀性气体在耐火材料中的渗透过程。耐火材料的贯通气孔越少、气孔直径越小、材料的气孔结构越复杂,材料的透气度就越低,这就意味着材料的抗碱蒸气渗透性能越好。
针对耐火材料气孔结构的优化,可以通过调整耐火材料的颗粒级配并向其中添加一定量的微纳粉体实现。已有研究表明,利用材料内部物理化学反应降低材料的孔径尺寸及孔连通程度也是材料微结构调整的重要手段之一。
在耐火材料领域,添加了碳化物、硼化物、氮化物等微纳米颗粒可以实现高温扩散或氧化性气氛中氧化以封闭耐火材料中的一部分气孔,赋予这些材料优异的高温性能。
在含碳耐火材料中,一些添加剂如金属、金属合金、碳化物或氮化物也被应用于耐火材料的微孔化设计之中。这些物质在制备和服役过程中形成某些化合物或者产生一定的体积膨胀效应堵塞部分气孔、降低气孔率以及在材料表面形成保护层,都可以提高耐火材料的抗渗透性能。
分别在莫来石质耐火材料和方镁石-尖晶石耐火材料中引入锆英石,结果表明锆英石在分解过程中产生可以堵塞材料中的气孔,提高材料基质的致密化程度,与此同时材料的抗碱侵蚀的能力也得到提高。
通过对红柱石的抗碱蒸气侵蚀机理研究后发现,在钠蒸气侵蚀红柱石材料时,形成的侵蚀产物会被锁定在莫来石网络之中,限制了侵蚀的进一步发生,因此该类材料表现出了较为优异的抗碱侵蚀能力。
从侵蚀性气体在耐火材料中的渗流角度来看,上述工作降低了耐火材料中的气孔直径,堵塞了一部分气孔,这样有利于提高气孔结构的复杂程度,降低气孔的连通度,提高侵蚀性气体在耐火材料中渗流的附加阻力和惯性力,从而显著降低材料的侵蚀。
02 气孔结构