耐火材料為什么會被磨損，其破壞機理是什么？

耐火材料是作為高溫設備窯爐的保護層（內襯），在經過長時間的高溫氣體侵蝕、燃料顆粒沖刷等，會逐漸的被磨損和損壞，其機理是什么？下面請看高爐內襯破壞機理。

 

 

高爐耐火材料內襯的侵蝕破損直接會影響到高爐壽命，因此，外對高爐耐火材料內襯工作狀態(tài)的監(jiān)測都為重視。常用高爐內襯侵蝕損毀監(jiān)測方法有：

1、同位素埋入法和熱電偶法

2.FMT傳感器法

3.觸發(fā)響應法

4.電阻法

5.爐墻熱流強度法

6.紅外熱成像儀法

7.超聲波測厚法

8.沖擊彈性波法

 

高爐耐火材料具有耐堿性、導熱系數(shù)、耐鐵水溶性、平均孔徑、小于1μm孔容積率、透氣性、抗氧化性、耐爐渣腐蝕性等8項功能。這為延長高爐壽命提供了很好的依據(jù)。這些實驗方法這些實驗方法，有些于國外實驗方法，但目前應用中仍存在一些問題。

 

高爐爐缸用炭磚的損壞和改進。

炭磚的損壞過程是:①鐵水滲入炭磚；②炭磚的溶蝕與鐵水的滲透同時進行；③鐵水滲透部位與未滲透部位的物理性能差異和熱面溫度變化對炭磚產生巨大的剪應力，使炭磚斷裂剝落；④。

碳磚鐵水滲透部分溶解，鋅和堿的沉積加速了碳磚的破裂和溶解。

為了防止鐵水滲入，防止鋅堿沉積在碳磚中，降低化學應力和熱應力，有效的方法是將碳磚的孔徑降低到1μm以下，使鐵水難以浸入；鋅堿在碳磚中的沉積也大大降低。有效的方法是在炭磚中加入Si，1500。

當溫度燃燒時，Si與C反應生成β-SiC填充氣孔，使孔徑變小。同時，Si與碳磚氣孔中的O.N結合產生的Si2ON2系晶須也填充在氣孔中。這兩種原位反應大大增加了1μm以下的氣孔量。此外，由于選用質原料，采用人工造粒和多次真空浸潰工藝，降低了微孔炭磚和超微孔炭磚的孔隙率，分別達到了孔隙的平均孔徑。

 

0.5.0.1μm大大提高了導熱系數(shù)和耐腐蝕性。

1)購買國外碳磚時，合同中不需要中國的檢驗方法，不能進行抽樣檢驗。往往方法檢驗功能指標不好，國外廠家不認可，只要承擔，合同中應提出選擇方法檢驗的要求。

2)規(guī)劃者和用戶對特殊功能沒有要求，仍然只按照過去的一般碳磚規(guī)范檢查常規(guī)功能。

三、一個高爐的碳磚只檢查一個樣品，而不是批量取多個樣品進行抽樣，顯然不符合碳磚檢驗取樣規(guī)范，難以保證產品質量。4)在目前的碳素搗打料檢測方法規(guī)范中，導熱系數(shù)檢測結果存在錯覺。碳搗打料的檢測方法規(guī)范YB4038-1991規(guī)定，碳搗打料的導熱系數(shù)應在1200℃焙燒24小時后檢測。由于碳搗料用于接近冷卻壁或爐底冷卻管，工作溫度為100~200℃，不可能達到1200℃。在檢測碳搗料的導熱系數(shù)時，發(fā)現(xiàn)同一碳搗料樣品在120℃和1200℃燒制后的導熱系數(shù)相差近1倍。

4)目前碳磚的功能檢測方法沒有檢測碳磚材料的種類和質量，如電煅煤、普煅煤、石墨化煤、電石墨等。制作碳磚后，上述功能實驗方法難以區(qū)分，僅根據(jù)碳磚廠家的承諾是不可能的?？煽紤]增加巖相剖析檢驗項目，顯微鏡下普煅煤.石墨電易于區(qū)分，采用巖相剖析方法可檢查是否添加普煅煤和電石墨。

 

高爐耐火材料損壞機理

爐灶鍛煉是高溫下雜亂的物理化學過程，耐火材料損壞到一定程度，需要中修或大修，停爐大修是高爐一代壽命的終止。耐火材料損壞機理總結如下:

一、高溫渣鐵的滲透和腐蝕。

爐腰和爐腹部形成熔融鐵渣，向下移動進入爐缸，渣中的FeO.MnO.CaO和磚中的SiO2相互作用，形成低熔點的化合物，使磚襯表面軟熔。爐腹部位特別嚴重，開爐后不久就被腐蝕，僅靠冷卻壁上的渣皮進行作業(yè)。

液態(tài)鐵、重金屬和堿金屬的浸入是爐底周圍損壞的主要原因。鐵水沿砌體縫隙和氣孔浸入砌體內，凝結分離石墨，體積膨脹，然后擴大裂縫，使磚襯脫落或漂浮。

2.高溫和熱震損壞。

在運動過程中，爐內溫度經常波動。當溫度梯度的熱應力超過磚襯的限時，磚就會開裂。實踐表明，爐體中下部的磚襯有裂紋和脫落。普通熱應力使磚襯平行于工作外表50~100mm深處發(fā)生裂紋，裂紋相互貫穿后出現(xiàn)大面積脫落。

三、爐料與煤氣流的沖突沖刷及煤氣碳素堆積的破壞作用。

高爐煤氣實際流速可達15-20m/s，并攜帶大量粉塵，增加煤氣流對耐火材料的沖刷磨損效果。爐腰折角處磨損特別嚴重。爐體上部爐料較硬，有棱角，降低爐料沖突是磚襯損壞的重要原因。上升氣體含有約25%的CO，進入磚襯氣孔和裂縫的CO在400-800℃分化發(fā)生炭素堆積，與耐火材料中的Fe2O3效果相比，還原為單質Fe，單質Fe是CO分化的催化劑，加速炭素堆積。隨著碳堆積引起的晶型變化，伴隨著發(fā)作的體積變化，磚襯布置松弛，強度降低，導致開裂損壞。耐火材料的爐腰和爐體中下部損壞效果更為嚴重。

四、堿金屬及其它有害元素的損害作用。

爐料中的堿金屬和鋅在高溫作用下堆積在爐料上循環(huán)，部分堆積在耐火材料上，其他隨爐氣排出。這些氧化物與耐火材料中的氧化鋁和氧化硅反應形成低熔點的鋁硅酸鹽，使耐火材料軟熔，被沖刷損壞；堿金屬與熱焦炭發(fā)生反應，產生氰化物，與水蒸氣和CO2反應產生氰化氫。氰化氫進入磚襯分化發(fā)生碳堆積，損壞耐火材料。

高爐內任何部位的損壞都適用于各種損壞機制交替綜合效應的結果。高爐壽命是爐型規(guī)劃、耐火材料結構和原料、高爐冷卻設備和工藝、鍛煉條件等因素的綜合效果。

 

高爐爐底炭磚損壞的原因及處理對策

通過研究發(fā)現(xiàn)，爐缸.爐底炭磚部寬度較大，由上向下化學侵蝕逐漸變窄，下部只有細小裂紋。這種環(huán)縫具有自上而下化學侵蝕逐漸延伸的特點，是堿金屬和鋅化學侵蝕的典型結果。因此，爐缸、爐底炭磚的環(huán)縫主要不是由炭磚內外溫差應力引起的，也不是由高鋁磚、炭磚膨脹率差引起的，而是由堿金屬、鋅侵蝕引起的。

爐缸內堿金屬(主要是K2O)和ZnO的分布主要集中在爐缸上部的硅鋁耐火磚襯里和上部的炭磚上。研究表明，在高爐風口附近，含有堿金屬和鋅蒸汽的氣流沿風口周圍的縫隙滲入，在爐襯800~1030℃的溫度范圍內侵蝕高鋁磚，形成初始縫隙。伴隨著堿金屬.鋅侵蝕反應的不斷進行，環(huán)縫在高鋁磚砌體中逐漸向下擴展，甚至侵蝕爐缸.爐底側墻的炭磚。探針分析還證實，碳磚環(huán)縫中有K2O和ZnO共存，這表明它們是侵蝕碳磚并產生環(huán)縫的重要因素。

從高爐缸底損壞的原因分析可以看出，堿金屬和鋅的化學侵蝕是主要影響因素。為了減少甚至消除爐襯環(huán)縫對高爐壽命的不利影響，除了從根本上提高高爐精料水平，減少堿金屬和鋅的負荷外，還須選擇導熱率高、耐堿性好、微孔或超微孔、耐鐵水滲透、耐渣鐵溶蝕性好的耐火材料。提高碳磚的導熱性，配合冷卻性能強的冷卻設備(如銅冷卻壁)，可以減緩環(huán)縫的產生。微孔或超微孔結構可抑制磚襯堿金屬和鋅蒸汽的滲透，減少環(huán)縫的產生。