產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、結構剝落、高溫熱疲勞和機械沖擊造成的損壞。“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生影響。GE公司對熱循環(huán)有一個定義，即當溫度在1h以內發(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，由于負壓和烘爐燃料控制不當，爐溫可能會在短時間內發(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，可能會導致局部裂縫，也可能導致磚塊被擠壓。在進料過程中，由于煤漿和氧氣都是低溫介質，它們在1分鐘內相繼進入爐子。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)在進料的瞬間，爐子內的溫度先降后升。下降是因為冷介質進入高溫環(huán)境時會吸收大量的熱量。上升是因為當煤漿和氧氣溫度達到一定值時，會發(fā)生劇烈的氧化反應。因此，每次進料相當于對氣化爐的耐火材料進行了兩次“熱震”。為確保氧氣管道和煤漿管道在停車過程中的清潔，應對兩條主要物料管道進行氮氣吹掃。每一次停車進入氣化爐燃燒室，氮氣從13MPa降至11.3MPa左右，氮氣進入約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于一次“熱震”。這一結論可以從運行過程中得出結論：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，氣化爐經常開啟和停止，有時會在較低溫度下進行聯(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?，當前使用耐火材料到火面的Cr?O?Al含量可達90%以上，其余為Al。?O?、ZrO?等成分。有些化合物具有同質多晶現(xiàn)象，即同一化合物具有多種晶體結構(晶型)。當條件發(fā)生變化時，將從一個晶型轉變?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，當溫度低于一定值時，只有晶型I才能穩(wěn)定存在；當溫度升至一定值時，晶型I和晶型I就會發(fā)生。Ⅱ當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)和其他性質的變化，當晶體變化發(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部的氣孔中，不僅會促進耐火材料的熔化和腐蝕，還會導致材料的化學腐蝕和結構剝落，加速其損壞。由于熔渣一旦滲透到耐火材料內部的氣孔中，就會立即發(fā)生反應，導致工作表面變質，其結果就會導致高溫條件下滲透區(qū)變得十分疏松。有些人做過相關的實驗，當溫度達到1300℃時，熔渣對耐火磚的滲透深度可達30毫米。就水煤漿加壓氣化技術本身而言，在現(xiàn)有煤種范圍內，大多數(shù)煤種的操作溫度不能達到1300℃以下，因此可以得出熔渣在正常生產過程中對耐火材料的侵蝕幾乎不可避免的結論。經過大量的工業(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、復合尖晶石的MgO反應生成(Mg、Fe)O(Al、Cr、Fe)?O?，一致的保護層形成在耐火材料表面，可防止爐渣進一步侵蝕。通過控制熔渣的粘溫特性，可以達到防止熔渣滲透到耐火材料內部的榮盛耐材有效方法。
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