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水泥窯用堿性耐火磚的損壞機理分析

編輯:耐火磚???瀏覽:???時間:2018-07-02

  數十年來,中外水泥回轉窯的運行實踐和對高溫帶堿性耐火磚損壞機理的研究所形成的共識是:機械應力、熱應力和化學損壞是三種更基本的損壞因素。絕大多數情況下,它們綜合作用于耐火材料,并主要表現為熱-機械綜合效應和熱-化學綜合效應。

  有學者對使用后的堿性耐火磚進行實驗室研究,觀察到四種主要損壞模式。其中堿相充填磚的深部孔隙和熟料硅酸鹽滲入磚的熱面層,從而分別導致相應磚層致密化和炸裂的模式更為重要。如再加上形成堿-鉻-硫相的影響,則堿相造成的損壞占全部損壞機會的一半之多,這些模式在預分解窯內更為突出。方鎂石晶體長大造成損壞的模式,只在無窯皮有效保護的冷卻帶內鎂鉻磚襯中發生。有時耐火磚內幾種損壞模式并存,故總和超過100%。

  一、熟料熔體滲入

  熟料熔體主要源自窯料和燃料,其組成主要位于CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3四元體系中。在窯料、耐火磚內濃度梯度和溫度梯度驅動下,熔體主要以離子遷移的方式,從耐火磚的熱端向冷端遷移。

  二、堿鹽滲入

  隨著預分解窯的大型化,以煤代油特別是代用燃料的廣泛使用,以硫酸堿和氯化堿為主的揮發性組分,在窯氣和窯料中含量大增。堿鹽深度地滲入磚層,并在700?1000℃的磚層內凝聚沉積,使該處高度致密化,并侵蝕磚內除方鎂石以外的相鄰組成,導致該層的熱震穩定性顯著減弱,再在熱-機械應力綜合作用下開裂剝落。堿、硫、氯含量越高,堿對硫(和氯)的摩爾比偏離1越多,磚越容易損壞。

  三、還原和還原-氧化反應

  還原火焰或存在局部不完全燃燒時,鎂鉻磚內的三價鐵還原成二價鐵,使MgO·Fe2O3轉化成MgO·FeO,體積收縮20%。而且Fe2+在方鎂石晶體中遷移擴散的能力比Fe3+強得多,進一步加重了方鎂石晶粒邊界區的體積收縮效應,并因而產生孔洞,磚的結構被弱化,使其強度降低。

  四、過熱

  窯內熱負荷過高,使磚面長時間失去窯皮的保護,熱面層內基質在高溫下熔化并向冷面層方向遷移,即使滲入層致密化,又留下疏松多孔的熱面層。而且在溫度梯度場的作用下,方鎂石晶體都以其(1,0,0)晶面向著熱面層,沿著這一方向伸長并長大,可直至幾毫米長。疏松多孔的熱面層不耐磨刷、沖擊、震動和熱疲勞,易于損壞。

  五、熱震

  窯皮不穩定和窯的轉動不正常時,堿性磚特別易受熱震而損壞。窯皮的突然垮落而使磚面溫度瞬時驟增甚至近2000℃,窯的頻繁開停又在磚內頻繁產生熱應力。磚內吸收熱應力的能力有一定限度,一旦超出其結構強度,磚就會開裂,并沿上述種種結構弱化處不斷擴大加深,使磚碎裂。窯皮掉落時,帶走處于熱面層的碎磚片,使磚不斷剝落而損壞。

  六、機械應力

  窯轉動時,位于托輪處的磚受擠壓,位于窯筒頂部的磚受窯皮重量和自重帶來的拉伸。窯初開和初停的瞬間,特別是位于傳動部位的磚受到扭曲。當襯里砌筑不良時,磚會受剪切作用。實際上,磚受到的是壓力、拉力、扭力和剪刀的綜合機械應力。其中,窯的轉動,窯筒體的橢圓度和窯皮掉落,使磚受到動力學負荷;磚和窯皮的重量以及磚本身的熱膨脹,使磚承受靜力學負荷,磚開始開裂損壞。

  七、磨刷

  在窯內冷卻帶和卸料端缺乏窯皮保護的部位,已離燒成帶的熟料和大塊窯皮的溫度較低,因而較硬,可以產生較嚴重的沖擊和磨蝕損壞。

  燒成系統其他設備(如預熱器、分解爐和篦式冷卻機)內耐火材料的損壞,主要是由高溫物料、高速含塵氣流對耐火材料的沖刷造成的。其中原料和燃料中的堿、硫和氯等有害成分在預熱器和分解爐內造成結皮和堵塞,不僅與耐火材料發生化學反應而改變其表層化學成分、損害其物理強度而降低其壽命,而且在不同的清堵過程中,熱震、重度撞擊等對耐火材料的損害極大,必須非常重視!

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