耐火材料在服役過程中,高溫熔體主要是通過耐火材料內(nèi)部的氣孔、裂紋等毛細管通道滲入材料內(nèi)部,并改變耐火材料熱端骨料和基質(zhì)的物相組成和結構而形成異于原磚的變質(zhì)層。當爐內(nèi)出現(xiàn)溫度波動時,由于變質(zhì)層與原磚之間熱膨脹系數(shù)的差異,變質(zhì)層會開裂、剝落,剝落的程度隨變質(zhì)層厚度的增加而加重。人們對各種工業(yè)窯爐內(nèi)使用的耐火材料的損毀機理做過許多的研究,歸納其損毀原因可以分成以下四類:(1)機械沖刷和磨損;(2)耐火材料高溫溶解;(3)高溫溶液滲透:(4)高溫下氣相揮發(fā)。
1機械沖刷和磨損
機械磨損是由于兩個相對運動的物體在其接觸面產(chǎn)生了摩擦阻力,摩擦阻力將物體本身的機械能轉化為熱能,使爐襯產(chǎn)生磨損。物料在爐窯內(nèi)運轉移動過程中對爐襯產(chǎn)生巨大的機械沖刷和磨損作用,使爐襯耐火材料產(chǎn)生變形或磨損,甚至開裂,嚴重破壞窯爐結構。
多數(shù)情況下物料是隨著窯爐的轉動而不停的運動,在高爐和鼓風爐中,物料是由爐頂向下運動,在回轉窯內(nèi),物料隨回轉窯作回轉前進運動。物料在窯爐內(nèi)運動的同時,由于溫度、氣氛的影響導致物料發(fā)生一系列的物理化學變化,并因此對爐襯材料產(chǎn)生較大的機械沖刷和嚴重的磨蝕。物料的沖刷和磨損對爐襯的破壞性非常大,常需要采取一些措施來保護窯爐內(nèi)襯,例如在高爐爐喉部位加鑄鋼板避免磨損;對鋼水沖刷嚴重的轉爐進行補爐以保證轉爐的正常運轉。爐襯的機械磨損主要是由氣體及固體塊狀礦石和爐渣對爐內(nèi)襯的沖刷造成的。隨著爐渣的沖刷,爐渣與內(nèi)襯材料反應生成的一些低熔點產(chǎn)物發(fā)生脫離,如此反復,使內(nèi)襯材料越來越薄。
2耐火材料高溫溶解
在耐火材料中,由原料及生產(chǎn)過程中帶入的非主要成分的物質(zhì)稱為雜質(zhì)。在高溫下雜質(zhì)成分容易與原料中主要成分發(fā)生反應,生成低熔點物質(zhì)或液相,這個過程稱為耐火材料的高溫溶解。
通常耐火材料是個多相混合體,其礦物組成分為結晶相與基質(zhì)。基質(zhì)是指主要填充于大晶粒之間的細微結晶礦物或玻璃相,基質(zhì)也稱為結合相;|(zhì)中往往含有大量雜質(zhì)成分,高溫下易形成液相,若液相溫度低、粘度小、數(shù)量多,則危害材料高溫性質(zhì),因此基質(zhì)對于主晶相而言是制品的相對薄弱之處。
3高溫溶液滲透
高溫溶液滲透又稱為熔渣侵蝕。高溫下,爐渣存在形式為熔體或液相,且液相熔渣侵蝕耐火材料后也會與其中氧化物形成低熔相,所以熔渣侵蝕的實質(zhì)就是液相熔渣的侵蝕,即主要是耐火材料在熔渣中的溶解過程和熔渣向耐火材料內(nèi)部的侵入滲透過程。熔渣侵蝕的形式可分為:
(a)單純?nèi)芙猓?A target=_blank href="http://www.phncvbz.cn">耐火材料沒有和液相熔渣發(fā)生化學反應的純?nèi)芙膺^程。
(b)反應溶解:耐火材料與液相熔渣在接觸處發(fā)生化學反應,使耐火材料成分轉變?yōu)榈腿埸c的化合物而溶入渣中,同時改變了熔渣的化學組成。
(c)侵入變質(zhì)溶解:液相熔渣沿材料內(nèi)部氣孔和空隙滲透到耐火材料當中,或通過液相擴散和向耐火材料的固相中擴散,使耐火制品的微觀組織結構發(fā)生質(zhì)的改變,造成耐火材料熔入到熔渣中。
4高溫下氣相揮發(fā)
耐火材料的氣相揮發(fā)主要指耐火材料發(fā)生蒸發(fā)反應時所導致的損耗和耐火材料發(fā)生氧化反應所導致的損耗。蒸發(fā)反應主要發(fā)生在氧化物系耐火材料中,氧化反應主要發(fā)生在非氧化系耐火材料、非氧化物和氧化物復合耐火材料中。
在真空脫氣(RH、DH、APV等)冶煉操作條件下,爐襯耐火材料有可能發(fā)生各組分之間的反應,從而加速耐火內(nèi)襯的蝕損。如Si02和MgO會發(fā)生分解并相應生成SiO(g)、Mg(g),甚至生成Si,因此當壓力下降到399.9 Pa(3 Torr)以 下時,鋼水處于真空脫碳中,材料中的Si02會受到鋼水中碳的侵蝕。含P205的耐火制品(磷酸鹽結合)會釋放出P(曲。Cr203會發(fā)生分解產(chǎn)生Cr03、Cr02等化合物甚至產(chǎn)生金屬鉻。