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耐火衬里损坏机理分析

时间:2021-09-11 17:11 作者:郑州荣盛点击:

耐火材料在使用过程中,由于高温或温度变化、气氛变化和熔渣的腐蚀和侵蚀,其损坏形式复杂,损坏机理多样。综上所述,耐火材料的损坏形式主要包括机械损坏和化学侵蚀。
 
机械损坏
 
耐火材料的机械损坏主要包括热剥落、结构剥落、高温热疲劳和机械冲击。气化炉耐火材料在使用过程中不可避免地会出现热震,这是耐火材料机械损坏的主要原因之一。
 
所谓热震,是指耐火材料在运行温度变化较大时对其产生的影响。GE公司对热循环有一个定义,即当温度在1h内发生100℃变化时,称为热循环,也可以归为热震。在烘炉、投料、停车过程中,气化炉易发生热震,尤其是进料和停车过程中。在烘炉过程中,负压和烘炉燃料控制不当可能导致炉温在短时间内发生较大变化,主要表现为气化炉燃烧室上下温差变大,局部温度过高。此时,整体热膨胀会不均匀,从局部裂纹到砖块挤压。在进料过程中,由于煤浆和氧气都是温度较低的介质,在1分钟内相继进入炉内。此时炉温一般在1000℃左右。从DCS上观察炉温的变化,可以发现在进料的瞬间,炉内温度发生了先降后升的变化,因为冷介质进入高温环境会吸收大量煤浆和氧气温度达到一定值时,会发生剧烈的氧化反应而燃烧。在停车过程中,为了保证氧气管道和煤浆管道的清洁,需要吹扫两条主要物料管道的氮气。每一次停车进入气化炉燃烧室的氮气都从13MPa降至11.3MPa左右,约1000m3的氮气进入,同样会使耐火材料的温度突然下降,因此每一次停车过程也相当于一次热震。从运行过程中可以得出这样一个结论:气化炉停车次数越多,耐火材料机械损坏的概率越高。
耐火衬里损坏机理分析
 
在系统运行初期,由于人们对这种大型炉的认识不足、公共工程不稳定等诸多原因,气化炉的开启和停止频繁,有时会进行较低温度的联投操作,这是耐火材料使用寿命短的原因之一。
 
化学侵蚀。
 
水煤浆加压气化炉中使用的耐火材料由多种高熔点化合物组成,其中主要成分为Cr-O。目前,火面上使用的耐火材料的Cr-O含量可高达90%,其余为Al-O、ZrO等成分。有些化合物具有同质多晶现象,即同一化合物具有多种晶体结构(晶型)。当条件发生变化时,它将从一个晶型转变为另一个晶型。如果一种化合物有几种晶型,只有自由能在一定温度和压力下的晶型才能稳定存在。例如,一种化合物有两种:晶型I和晶型ⅱ。当温度低于一定值时,只有晶型I可以稳定存在;当温度升至一定值时,晶型I和晶型ⅱ之间会发生变化。当温度高于个温度时,只有晶型ⅱ能稳定存在。对于水煤浆加压气化炉的耐火材料,当不考虑其他因素,只考虑温度时,对温度的要求不超过1500℃。由于晶型变化往往伴随着体积(或密度)等性质的变化,当耐火材料中发生晶型变化时,可能会出现开裂、疏松或粉化,从而影响其整体使用寿命。
 
如果熔渣浸入耐火材料内部的气孔中,不仅会促进耐火材料的熔化和腐蚀,还会导致材料的化学腐蚀和结构剥落,从而加速其损坏。由于熔渣一旦浸入耐火材料内部的气孔中,就会立即与其发生反应,导致工作表面变质,因此,在高温条件下,浸入区域会变得非常疏松。有人做过相关测试。当温度达到1300℃时,熔渣对耐火砖的渗透深度可达30毫米。就水煤浆加压气化技术本身而言,在现有煤种范围内,大多数煤种的操作温度不能达到1300℃以下,因此可以得出结论,在正常生产过程中,熔渣对耐火材料的侵蚀几乎是不可避免的。为了延长耐火材料的使用寿命,经过大量的工业探索和试验,我们发现Cro与渣中的Feo、Alo、FeO、MgO反应生成复合尖晶石(Mg、Fe)O(Al、Cr、Fe),在耐火材料表面形成一致密的保护层,可以防止渣的进一步侵蚀。
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