耐火材料腐蚀现象描述

日期：2023-07-16 浏览：874

耐火材料检测-耐火材料腐蚀现象的描述

1.1 耐火材料检测-耐火材料腐蚀介绍

耐火材料腐蚀是指高温炉中与反应性组分（如熔渣或玻璃）接触时，耐火材料发生的化学反应和物理变化，导致性能下降或损坏。图1显示了熔渣或玻璃与耐火材料接触时的情况。耐火材料从热面到冷面有一个温度梯度，即热面温度最高，而冷面温度最低。熔渣或玻璃在高温下会发生化学反应，并且由于毛细作用和重力作用，会向内部渗透。当熔渣或玻璃达到一个足够低的温度时，会固化成为固体，在耐火材料中形成一个“固化面”。耐火材料的热面被熔渣或玻璃覆盖。在大多数冶金应用中，这种覆盖层相对较薄（2-5毫米厚）。在某些没有与金属熔池或熔渣池接触的垂直壁耐火材料结构中，熔渣会堆积在较厚的部分（0.25毫米）。在某些情况下，对使用过的材料进行切片后，可在耐火材料外部观察到两个不同的熔渣层。外层是流动性较好的液态层，内层是粘度较高的固态层，直接接触耐火材料的热面。内层是由于熔渣或玻璃溶解了耐火材料中的一些成分而形成的，其中可能含有耐火材料颗粒。在显微镜下可以观察到这些颗粒。这种双层结构通常出现在液态熔渣沿垂直耐火壁流下的地方。

图1 熔渣-耐火材料界面区的横截面

耐火材料腐蚀是指高温炉中与反应性组分（如熔渣或玻璃）接触时，耐火材料发生的化学反应和物理变化，导致性能下降或损坏。二维截面图或显微图无法显示截面区域的三维结构。因此，有些孔洞看起来是孤立的，但实际上可能通过截面下方的通道与热面相连。熔渣与耐火材料发生化学反应，在热面附近形成新相。化学反应也发生在热面后方，熔渣与耐火材料颗粒在孔洞壁上接触。在冶金应用中，有时可以看到金属与熔渣一起渗入耐火材料中。

1.2 关于反应和温度梯度的第三个基本原则

耐火材料腐蚀是指高温炉中与反应性组分（如熔渣或玻璃）接触时，耐火材料发生的化学反应和物理变化，导致性能下降或损坏。温度梯度会影响熔渣腐蚀现象的程度。当温度梯度很大时，熔渣的渗透很少，腐蚀反应主要局限于熔渣和耐火材料的直接界面。在这种情况下，熔渣在熔渣-耐火材料界面的流动性可能受到限制，反应产物从熔渣-耐火材料界面运走的速度可能很慢。而当耐火材料较厚时，由于温度梯度相对较小，熔渣可以深入到耐火材料内部。这种情况下，耐火材料会经历不同的腐蚀阶段。在传统的耐火材料设计中，耐火材料的厚度至少为一块砖（0.225mm），而且还有一层背衬，总厚度至少为450mm。熔渣固化面可位于热面后40-75毫米的区域内。在某些情况下，熔渣可渗透至热面后150毫米处。

1.3 耐火材料检测-薄壁耐火材料腐蚀现象描述

图2 熔渣侵蚀的第一阶段（结合耐火材料）

薄壁耐火衬的腐蚀情况如图2所示。这里，耐火材料与熔渣的反应主要发生在热面，熔渣几乎没有渗透到耐火材料内部。显微镜检查通常显示，熔渣只渗透到热面后方不到0.1毫米的深度。这种情况可以称为“第一阶段”的熔渣侵蚀，即反应仅限于热面附近。

影响这种反应速度的主要因素是热面温度。如果热面温度低于耐火材料和熔渣反应产物的最低熔点，那么反应就会非常缓慢或者不发生。大多数专家认为，如果热面温度高于最低熔点208℃，就会出现较快的腐蚀速度。而如果热面温度超过最低熔点208℃以上，腐蚀速度就会很快。

在一些应用中，比如公用事业锅炉，可以通过“按钮熔化试验”来确定熔渣的熔化温度。更准确的方法是通过热分析来确定耐火材料和熔渣之间的最低共晶温度或固相线温度。固相线温度是指在加热过程中出现内吸热反应（即熔化）的温度。耐火材料和熔渣之间的反应温度可以通过对粉碎的耐火材料和粉碎的熔渣混合物进行热分析测试来确定。

薄壁耐火衬设计很少出现比“第一阶段”更严重的腐蚀现象。因此，影响腐蚀的主要工艺变量是热面温度。次要工艺变量包括熔渣撞击速度和化学成分。在化学成分方面，耐火材料在一定程度上会溶解在熔渣中。如果耐火材料和熔渣之间达到了化学平衡，那么腐蚀就会减少。所谓化学平衡，就是指熔渣中已经溶解了足够多的耐火材料成分，达到了溶解度极限。通常情况下，耐火材料和熔渣之间没有达到化学平衡，也就是说，熔渣对耐火材料有腐蚀作用。

有些厚壁设计中，耐火材料对熔渣有很强的抵抗力，所以反应也仅限于热面区域。这些耐火材料通常是用于长期保持高温的冶金或玻璃窑中的电熔型耐火材料。

1.4 耐火材料检测-厚壁耐火材料腐蚀

在高温条件下，厚壁耐火衬开始在初始熔渣涂层处发生腐蚀。最初的腐蚀过程是第一阶段（图2）。由于温度梯度较大，熔渣会渗透到耐火材料内部。耐火材料中最细小的孔隙（直径小于10微米）会通过毛细管作用将液态熔渣吸入热面后方。随着时间的推移，耐火材料会发生大面积腐蚀，进入第二阶段（图3）。第二阶段的特点是：（1）耐火材料被熔渣完全渗透；（2）热面区域因腐蚀而严重破坏。只有当温度梯度足够宽，才能发生熔渣的渗透，第二阶段才会在第一阶段之后出现。