產(chǎn)品知識耐火襯里損壞機理分析
耐火材料在使用過程中，由于受到高溫或溫度變化、氣氛變化和熔渣的腐蝕和侵蝕，其損壞形式復(fù)雜，損壞機制多樣。綜上所述，耐火材料的損壞形式主要有兩種基本類型:機械損壞和化學(xué)侵蝕。
2.1 機械損壞
耐火材料的機械損壞主要包括熱剝落、結(jié)構(gòu)剝落、高溫?zé)崞诤蜋C械沖擊造成的損壞。“熱震”現(xiàn)象不可避免地發(fā)生在使用氣化爐耐火材料的過程中，這是造成耐火材料機械損壞的主要原因之一。
當(dāng)耐火材料的運行溫度發(fā)生較大變化時，所謂熱震就會對其產(chǎn)生影響。GE公司對熱循環(huán)有一個定義，即當(dāng)溫度在1h以內(nèi)發(fā)生100℃變化時，稱為熱循環(huán)，也可歸為熱震。在烘爐、投料、停車過程中，氣化爐容易產(chǎn)生熱震現(xiàn)象，尤其是在投料和停車過程中。在烘爐過程中，由于負(fù)壓和烘爐燃料控制不當(dāng)，爐溫可能會在短時間內(nèi)發(fā)生較大變化，集中表現(xiàn)為氣化爐燃燒室上下溫差較大，局部溫度過高。此時整體熱膨脹會不均勻，可能會導(dǎo)致局部裂縫，也可能導(dǎo)致磚塊被擠壓。在進(jìn)料過程中，由于煤漿和氧氣都是低溫介質(zhì)，它們在1分鐘內(nèi)相繼進(jìn)入爐子。此時，爐子的溫度通常在1000℃左右。從DCS上觀察爐子溫度的變化，可以發(fā)現(xiàn)在進(jìn)料的瞬間，爐子內(nèi)的溫度先降后升。下降是因為冷介質(zhì)進(jìn)入高溫環(huán)境時會吸收大量的熱量。上升是因為當(dāng)煤漿和氧氣溫度達(dá)到一定值時，會發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)。因此，每次進(jìn)料相當(dāng)于對氣化爐的耐火材料進(jìn)行了兩次“熱震”。為確保氧氣管道和煤漿管道在停車過程中的清潔，應(yīng)對兩條主要物料管道進(jìn)行氮氣吹掃。每一次停車進(jìn)入氣化爐燃燒室，氮氣從13MPa降至11.3MPa左右，氮氣進(jìn)入約1000m3，同樣會使耐火材料的溫度突然下降，因此每一次停車都相當(dāng)于一次“熱震”。這一結(jié)論可以從運行過程中得出結(jié)論：氣化爐開停次數(shù)越多，機械損壞耐火材料的機率就越高。
在系統(tǒng)運行初期，由于人們對這種大型爐子缺乏了解，爐子運行不穩(wěn)定等諸多原因，氣化爐經(jīng)常開啟和停止，有時會在較低溫度下進(jìn)行聯(lián)合投資運行，這也是耐火材料壽命短的原因之一。
2.2 化學(xué)侵蝕
由多種高熔點化合物組成的水煤漿加壓氣化爐耐火材料，其主要成分是Cr?O?，當(dāng)前使用耐火材料到火面的Cr?O?Al含量可達(dá)90%以上，其余為Al。?O?、ZrO?等成分。有些化合物具有同質(zhì)多晶現(xiàn)象，即同一化合物具有多種晶體結(jié)構(gòu)(晶型)。當(dāng)條件發(fā)生變化時，將從一個晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€晶型。如果一種化合物有幾種晶型，那么在一定的溫度和壓力下，只有一種晶型可以穩(wěn)定地存在。舉例來說，一種化合物有晶型I和晶型。Ⅱ兩者，當(dāng)溫度低于一定值時，只有晶型I才能穩(wěn)定存在；當(dāng)溫度升至一定值時，晶型I和晶型I就會發(fā)生。Ⅱ當(dāng)溫度高于這個溫度時，它們之間的變化只有晶型。Ⅱ可以穩(wěn)定存在。對水煤漿加壓氣化爐的耐火材料而言，在不考慮其它因素而只考慮溫度的情況下，對溫度的要求不超過1500℃。由于晶體變化往往伴隨著體積(或密度)和其他性質(zhì)的變化，當(dāng)晶體變化發(fā)生在耐火材料中時，可能會出現(xiàn)裂紋、疏松或粉化，從而影響其整體使用壽命。
如果將熔渣浸入耐火材料內(nèi)部的氣孔中，不僅會促進(jìn)耐火材料的熔化和腐蝕，還會導(dǎo)致材料的化學(xué)腐蝕和結(jié)構(gòu)剝落，加速其損壞。由于熔渣一旦滲透到耐火材料內(nèi)部的氣孔中，就會立即發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致工作表面變質(zhì)，其結(jié)果就會導(dǎo)致高溫條件下滲透區(qū)變得十分疏松。有些人做過相關(guān)的實驗，當(dāng)溫度達(dá)到1300℃時，熔渣對耐火磚的滲透深度可達(dá)30毫米。就水煤漿加壓氣化技術(shù)本身而言，在現(xiàn)有煤種范圍內(nèi)，大多數(shù)煤種的操作溫度不能達(dá)到1300℃以下，因此可以得出熔渣在正常生產(chǎn)過程中對耐火材料的侵蝕幾乎不可避免的結(jié)論。經(jīng)過大量的工業(yè)化探索試驗，我們發(fā)現(xiàn)，為了延長耐火材料的使用壽命，Cr?O?和渣中的Fe一起?O?、Al?O?、FeO、復(fù)合尖晶石的MgO反應(yīng)生成(Mg、Fe)O(Al、Cr、Fe)?O?，一致的保護(hù)層形成在耐火材料表面，可防止?fàn)t渣進(jìn)一步侵蝕。通過控制熔渣的粘溫特性，可以達(dá)到防止熔渣滲透到耐火材料內(nèi)部的榮盛耐材有效方法。
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