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耐火砖的碱蚀原理及耐碱砖

发布时间:2021/01/25 行业新闻 标签:耐火砖浏览次数:37

水泥窑用耐火砖的碱蚀原理及耐碱砖品种和性能

新型干法水泥窑的碱蚀起因于挥发性组分的循环富集,以及碱对铝硅质耐火材料的侵蚀。

水泥窑使用的原料和燃料中含有K、Cl、S等挥发性元素,这些挥发性元素在高温带被蒸发,冷凝在低温区的窑料上,经预热器和电收尘器层层收捕后,又随窑料进入高温带再次挥发,直至达到平衡。平衡建立后,K2O可富集5倍;SO3可富集3~5倍;Cl可以富集80~100倍。所以,新型干法水泥窑内,特别是窑的预热系统中窑料的碱含量很高。

K2O可以和铝硅质耐火材料中的SiO2(石英、方石英、鳞石英)、3SiO2·2Al2O3(莫来石)或刚玉等矿物反应,形成钾长石、白榴石和钾霞石。这些反应有很大的体积反应。反应伴随着很大的膨胀和热-机械应力,使耐火材料发生碱裂而损坏。有关化学反应式如下所示:

耐碱砖的物理化学

耐碱砖的耐碱机理可以根据K2O-Al2O3-SiO2三元相图进行解释。该三元相图如图1所示。

图1   K2O-Al2O3-SiO2三元相图

从图1可知,K2O-Al2O3-SiO2三元相图的莫来石初晶空间附近存在刚玉、钾霞石、白榴石、钾长石等几种矿物。由此,不难根据有关矿物的分子式和密度推算化学反应的体积效应。

K2O分子量等于94.20,反应前为气态。石英SiO2的分子量为60.09,相对密度等于2.65。莫来石3SiO2•2A12O3的分子景为426.06,相对密度等于3.03。钾长石K2O•A12O3•6SiO2的分子量为556.70,相对密度等于2.57。白榴石K2O•Al2O3•4SiO2的分子量为436.52,相对密度等于2.47。钾霞石K2O•Al2O3•2SiO2的分子最为316.34,相对密度等于2.59。由此不难推算出,氧化铝含量越高、氧化硅含量越低,生成物的铝硅比越大,化学反应伴随的膨胀越大。如果其他条件相同,氧化铝含量越高,也就越容易发生碱裂。

其次,看一下有关物系的三相共存温度。石英-莫来石钾长石系统三相共存点的温度为985℃;莫来石-钾长石-白榴石三相共存点的温度为1140℃;莫来石-白榴石-刚玉三相共存点的温度则高达1315℃。随氧化铝含量增高,出现液相的温度增高,碱蚀反应伴随的膨胀应力难以被松弛,碱蚀的危害增大。

所以,铝硅质耐火材料中氧化铝含量越高、氧化硅含量越低,碱蚀反应式(1)〜式(3)所生成三元化合物的铝硅比越小,不仅反应伴随的膨胀大,而且产生的应力又不容易被松弛。所以,铝硅质耐火材料的氧化铝含量越高,也就越没有耐碱性。图2显示了氧化物含量对耐碱性的影响。

(图2  铝硅系耐火材料氧化铝含量对耐碱性的影响)

从图2可知,氧化铝含量50%的样品受到严重碱侵蚀,试样几乎崩溃;氧化铝含量40%的试样受到侵蚀小得多,试样仅发生了不大的膨胀;氧化铝含量30%的受到的侵蚀最为轻微,膨胀很小。氧化铝含量>35%以后,耐碱性就可能受到影响。氧化铝含量<25%以后,不仅耐髙温性能不佳,且因试样含有过多石英类物质,热震稳定性也受到影响。一般情况下,耐碱砖氧化铝含量的下限为25%,上限为40%。

水泥窑用耐碱砖的品种和性能

水泥窑用系列耐碱砖是中国建筑材料科学研究院于20世纪80年代研制的耐火材料。至今,水泥窑用耐碱砖的理化性能没有太大变化,性能指标见表8-15.

表1  水泥窑用耐碱砖的性能

表1中,普通耐碱砖是采用烧结法制备的标准型产品。髙强型是采用磷酸结合制备的不烧制品。该制品的耐压强度和抗热震性很好。耐压强度下限为60MPa,热震稳定性下限25次,都明显高于普通耐碱砖。但是,高强型制品的耐火度和荷重软化温度较低。隔热型耐碱砖就是氣化铝含量25%〜40%的隔热砖。拱顶型耐碱砖的氧化铝含量稍高,因而具有稍高一点的荷重软化温度和耐压强度指标。

来源:水泥窑用耐火材料

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因此,三次风管对耐火材料的要求主要就是耐磨性能良好和耐碱侵蚀性能好。