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工业窑炉火焰喷补层的损毁原因 
(发布日期:2020/12/29 11:17:44)
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  在实际工业窑炉上,火焰喷补施工体的蚀损原因之一,是从原砖与火焰喷补施工体之间的结合界面的剥落,提高二者之间界面的结合强度是减少剥落的主要措施。这种结合强度与衬砖表面的温度有关。图1示明了衬砖预热温度与高温结合强度的关系。 

  从图1可知,衬砖的预热温度越高,结合强度越大。其主要原因之一,则是在火焰喷补料碰到衬砖表面时,在砖的预热温度低的情况下,在火焰中熔融的火焰喷补料便急冷固化,难以与衬砖形成陶瓷结合;反之在预热温度高的情况下,能够得到与熔融粒子牢固的结合。但是,砖的预热温度在500℃时,从砖内部切断,发现实际的结合强度比实测值高。 


  图1a、图1b衬砖是MgO-CaO砖,衬砖的预热温度在500℃下,发现结合强度的数值出现波动,认为这是由于喷补火焰的急速加热,衬砖发生裂纹所致。 

  预热到1000℃的砖没有发现裂以下,结合强度的数值出现波动的原因,认为是由于发生这种裂纹,容易从砖内部产生断裂之故,另一方面,预热到1000℃时,强度测定值也稳定了,也出现了许多从衬砖与火焰喷补施工仲之间的结合面产生的断裂。 

  另外,作为从图1a、图1b得到的其他认识,可列举出全部MgO-CaO系材料的结合强度呈比Al2O3-Cr2O3系材料高的倾向。MgO-CaO系材料的耐火度为1670℃,由于比Al2O3-Cr2O3系材料的耐火度(1825℃)还低,所以MgO-CaO系材料容易形成陶瓷结合,而且还容易浸透到砖内部,产生物理性网络交织。 

  在图1c、图1d中,亦与MgO-Cr2O3砖时的结果一样,存在着MgO-CaO系火焰喷补料的结合强度比Al2O3-Cr2O3系材料高的倾向。 


  图1砖的预热温度与火焰喷补施工体结合强度的关系 

  对不进行预热的MgO-C砖耐热震稳定性进行了研究,从即使对砖不预热,也没有发现裂纹的事实来看,可以说结合强度不受砖的剥落影响。 

  此外,与MgO-Cr2O3砖的试验相比较,以MgO-C砖作为试验衬砖的结合强度变低。在采用MgO-Cr2O3砖时,火焰喷补料与整个砖面结合。反之,MgO-C砖时,火焰喷补料仅与MgO颗粒结合,认为这是强度降低的原因所在。 

  火焰喷补施工体表面温度与结合强度的关系如图2所示。 

  图2示出了测定结果,从该图可知,火焰喷补施工体的表面温度越高,结合强度越低。关于火焰喷补施工体的耐火度,MgO-CaO系火焰喷补材料之间存在如下关系: 

  (1)衬砖预热温度越高,火焰喷补施工体与衬砖的结合强度越高; 

  (2)火焰喷补施工体表面温度越高,火焰喷补施工体与衬砖的结合强度越低。 

  当选用石灰为火焰喷补料时,由实验资料的分析,可以确定石灰喷涂层的形成和损毁机理。在火焰喷补过程中,喷涂粉料组分和耐火材料表层发生高温作用。熔接过程的效率与火焰温度有关。 


  图2火焰喷补施工体的表面温度与MgO-Cr2O3砖的结合强度的关系 

  由于石灰是难熔的材料,充分利用形成反应的热焓量(C+O2→CO2+△H),在使用石灰质喷涂料进行喷涂时,具有很大的意义,也就是,要使燃料组分充分燃烧。经计算,当采用焦粉作为固体燃料时,混合物组成中焦炭的含量大约为28%,每1t粉料需要氧气的量大约为523m3。 

  可以证实,在内衬表面产生的各种可能的反应的总热效率,能促使涂层熔接。在接触点处,靠形成化合物的反应热效率可使温度值大大提高,从45℃提高到165℃。这时,如果达到接触相的共晶体温度,就开始了接触熔化的过程。 

  在CaO-MgO-SiO2系中,最易熔的共晶体在大约1320℃时熔化,它的组成为:MgO8%,SiO261.4%,CaO30.6%。CaO和带有各种杂质(其中有FeO、Al2O3、SiO2等)的镁碳质内衬起反应,可以形成易熔的三元化合物:辉透石CaO·MgO·2SiO2(T熔=1390℃)、钙镁橄榄石CaO·MgO·SiO2(T熔=1498℃)、镁蔷薇辉石3CaO·MgO·SiO2(T熔=1436℃)、镁方柱石2CaO·MgO·2SiO((T熔=1458℃),以及铁酸钙和铝铁酸钙(T熔=1415~1435℃)。 

  因此,在喷涂过程中,显然会产生喷涂粉料的组分和内衬表层的共同熔化。反应的特征和最终产物取决于原材料组分和耐火材料、喷涂粉料的结构。岩相学研究和×射线相分析以及×射线光谱显微分析的结果证明,在原始喷涂层的各个带形成了上述某些化合物。 

  研究指出,石灰喷涂粉料和底层的反应,是按照传统的方式进行的,形成了明显的层带结构,此时,固定形成了三个带:最小变化带、过渡带、接触带。 


  最小变化带常常是镁碳砖为2~10mm深的脱碳层,其结构和组成实际上和原始耐火材料是相同的。厚度为5~10mm的过渡带基质是因Ca2+、Si4+、AP3+等离子向耐火材料中扩散而形成的,为方镁石颗粒,其接头处分布有硅酸盐(镁蔷薇辉石、钙镁橄榄石、镁橄榄石),数量比原始耐火材料增长2~4倍。厚度大约为10mm的接触带,是尺寸为0.01~0.03mm的小圆颗粒的石灰和数量的其他物质。

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