由于最新开发的焙烧氧化铝砖和高铝砖的浸渍处理工艺,有可能显著提高对窑气氛中易挥发成分(碱、氯化物、硫酸盐及其反应物)的抵抗力而又不破坏基体材料的热机械学性能。所以通过在砖焙烧后开口气孔中填充耐火性氧化物,就能使“反应停止”在侵蚀介质上。在温度高于1200℃时,当含耐火材料的碳化硅的富含SiO2的反应带由于高反应活性在氧化条件下开始熔融时,浸渍过的高铝砖即使在水泥装置的高温区域窑尾烟室、回转窑、窑头罩和冷却机)也能够有效地使用。
窑内循环和反应参数
引起损坏的化合物——碱金属氧化物(氧化钾和氧化钠)、硫酸盐和氯化物——通过生料被带进了窑系统,并且因为传统燃料越来越多地被残渣和替代燃料所替代,上述燃料更多地将引起损坏的化合物带入窑中。形成的内部碱和硫的循环视挥发程度而异,这可能导致窑内各带中的反应产物的浓度产生很大的差异。
除了绝对的碱和硫的含量以外,与耐火材料的反应实际上是由酸碱比(SO3+Cl/K2O+Na2O)和主要的氧分压决定的。要是酸碱比平衡并且氧分压很高,就没有与耐火材料发生化学反应的可能性。不过,砖的物理性质受到凝结在开口气孔中的碱的硫酸盐/氯化物的影响。
在硫含量过高、氧分压足以形成硫酸盐的情况下,所有的碱性耐火材料都会由于其含有CaO的胶结相如硅酸二钙)而被SO2侵蚀。如果反应中反应物和生成物中碱含量过高,且氧分压也很高,就会形成游离的、活性的碱金属氧化物,而后碱金属氧化物会与非碱性内衬发生反应,并形成新物相。
碱侵蚀与损坏机理碱
侵蚀基本上分为物理碱侵蚀与化学碱侵蚀。在物理碱侵蚀过程中,碱性化合物渗透到耐火材料的开气孔中并凝固。由此引起的结晶压力有可能产生近4%的结构膨胀。在化学侵蚀过程中,碱性化合物与耐火材料发生反应。因为新物相的形成,使得体积可能增大6%到20%(从理论上讲,甚至可能增大36%)。这一反应的过程主要取决于相关耐火材料产品中的碱及Al2O3/SiO2的含量。如果有玻璃相,首先碱的化合物会扩散到玻璃相中,直到达到饱和状态后才会引起体积的实际增大。接着结晶化合物方英石、莫来石及石英按所提及的顺序分解,而后形成新物相正长石、钠长石、白榴石和霞石岩。
起初与方英石的反应出现在约600℃。方英石在760-930℃之间熔融的具有侵蚀性的碱中完全分解。结晶成分在温度超过930℃时进一步分解,并被熔融物吸收。温度高于930℃时会形成白榴石、钾霞石。温度在1000~1500℃时,开始形成刚玉和碱的铝酸盐。
因为体积的增大,出现了由于碱爆裂而引起的典型的衬里破坏:形成开裂、结构疏松、砖热面剥落以及大面积的提前损坏。
衬里的理念
上述反应结构已经显示出,一般Al2O3含量较低的碱性制品(酸性耐火粘土砖)有很强的耐碱性。然而由于这些制品的使用温度极限较低,所以其使用只限定在低热负荷范围之内(小于1200℃)。
通常在窑系统高负荷区(分解炉、上升风管、窑尾烟室、回转窑的安全带和卸料端、窑头罩、冷却机)的耐火砖多为氧化铝砖和高铝砖,但其玻璃相含量较少,只能吸收数量有限的碱。选用浸渍过的高铝砖,可以在热态强度和抗化学侵蚀性之间获得折中效果。由于特殊的原材料组成以及化学一陶瓷结合,使其与侵蚀介质的反应减慢并使其引起破坏的作用降低。
新开发的产品:特殊浸渍的焙烧砖
通过一种特别的、新研发出来的浸渍处理方法,可以使得耐火材料、氧化物质在气孔中隔离,从而可以显著增强耐碱性。到目前为止,基于耐火黏土和/或高铝矾土的高铝砖或基于红柱石的砖已经经过浸渍。
在浸渍过程中,整个气孔都均匀地充满了相应的介质。浸渍过程完毕之后,要经过热处理,在加热过程所有易挥发的物质(如载体)都从气孔中被分离出来。只有耐火材料、氧化物质还留在气孔中。
如所预料,当开口气孔率相应减小时,松散密度略有增大。常温耐压强度和热机械学性能(荷重软化温度)都会稍受影响。为了评估耐碱性,进行了一次7阶段的坩埚渗透试验。在每个循环周期的温度为1050℃时,在坩埚中加入碱。判定标准是观察到初裂形成时所达到的循环周期数。