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鼠洞现象

分部砌炉要讲究综合的技术经济效果, 根据各部位的实际使用条件,选择合适的耐火材料,或者将侵蚀严重部位的耐火材料尺寸放大,使内衬变厚,做到经济合理。 使得同一高温窑炉不同部位的耐火材料寿命同步。

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按耐火材料的使用条件, 高温窑炉大致分为三种类型,每种类型如何选择耐火材料,大致如下:

(1)在高温条件下,耐火材料受熔融金属,非金属、熔渣及其蒸汽等的化学侵蚀作用,如高炉、转炉、水泥窑、玻璃窑、钢包等,在这种条件下使用的耐火材料占 50%左右。耐火材料与侵蚀物接触发生化学作用, 对耐火材料来说,往往是致命的,耐火材料工作者也非常重视在这种条件下耐火材料损毁机理的研究。 在理论方面,侵蚀物与耐火材料的化学反应,可以从四个理论标准来推测耐火材料的选择方向。

①化学热力学标准 ΔGT 通过耐火材料与侵蚀物之间反应的吉布斯(Gibbs)自由能的变化来判断反应进行的方向及反应程度。选择耐火材料的原则应该是在使用条件下,耐火材料对接触的侵蚀物具有热力学稳定性,即ΔG0 >0,反应不能进行。例如炭黑反应炉用耐火材料, 在高温下还要受炭黑粒子的化学侵蚀。 高纯刚玉砖含 Al2O3 99.5%以上,Al2O3 与C反应的自由能为:1/3Al2O3(s)+C(s)=CO(g)+ 2/3Al(g)。 温度对自由焓的变化是有些影响的,ΔG0= 106100-42.65T,T=2051 ℃, 即为开始进行化学反应的温度。 炭黑炉最高使用的温度为1920 ℃,因此高纯刚玉砖不会与炭发生反应, 所以高纯刚玉砖使用寿命长。

众所周知,当 ΔG0 <0,反应能够进行,ΔG0负值越大,反应进行的可能性亦越大,ΔG0 =0,反应处于平衡状态。 许多化合物的标准生成吉布斯自由能已由实验得出。 或从其他数据算出。 也可以从 JANAF热力学数据表中或其他热力学数据手册查得, 因此可通过热力学推算选择合适的耐火材料。

1.2 高温窑炉内的气氛条件

任何热工设备都是在一定气氛条件下作业。有些耐火材料对气氛条件十分敏感,如含碳耐火材料的弱点就是易氧化,因此不宜在氧化气氛条件下使用; 含Fe2O3、TiO2 高的耐火材料不宜在还原气氛条件下使用;氧化铬、氧化镁质耐火材料不宜在真空条件下使用等。气氛对耐火纤维及制品的影响更明显。在含N2 50%、H2 50%的气氛条件下,耐火纤维的热导率比在空气中大1倍, 在含H2 100%的气氛中比在空气中大 2 倍,因此含氢气炉的耐火纤维壁厚要比在空气中大2倍。在氢气保护炉内选用氧化铝空心球隔热制品比较好。 综上所述,热工设备选择耐火材料时,气氛条件不可忽视。

1.3 注意节能降耗

在全球大力发展低碳经济,加强环境保护的形势下,节能减排成为我国的产业政策。 高温窑炉是节能降耗的重点对象,选择耐火材料是保证节能降耗的基础。 高温窑炉使用寿命提高,耐火材料就减少了消耗,同时节约了能源,减少了废物排放。 为了达到直接节能的目的,高温窑炉应选择合适的轻质隔热材料,特别是直接受到化学侵蚀的部位,可以在非工作层砌筑轻质隔热耐火材料或复合砖、保温砖等。 如某厂废气焚烧炉保温盖,采用耐火纤维浇注料比黏土浇注料重量减轻 90% 以上,使用寿命是粘土浇注料的4倍以上,不用烘烤,节约能源。

1.4 分部选择砌筑高温窑炉

所谓分部选择砌筑,就是在高温窑炉的不同部位砌筑性能不同的耐火材料,或同一性能而尺寸不同的耐火材料。众所周知,任何高温窑炉内衬各部位耐火材料的损毁程度是不同的,有轻重之分,往往是个别部位损毁严重,影响整个高温窑炉的使用寿命。例如矿棉炉,原用炭质砖、高铝砖砌筑,使用寿命不足一年,采用分部砌炉,特别是侵蚀严重的渣线部位改为 Al2O3-SiC砖,使用寿命三年以上。

分部砌炉要讲究综合的技术经济效果, 根据各部位的实际使用条件,选择合适的耐火材料,或者将侵蚀严重部位的耐火材料尺寸放大,使内衬变厚,做到经济合理。 使得同一高温窑炉不同部位的耐火材料寿命同步。

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