焚燒爐內(nèi)襯耐火材料的損毀形式通常為侵蝕開裂,損毀因素主要有熱應(yīng)力破壞、機械磨損和侵蝕破壞,其損毀機理主要為以下四個方面:(1)機械沖刷、磨損,在回轉(zhuǎn)爐工作過程中,隨著爐襯的轉(zhuǎn)動物料會對窯爐內(nèi)襯產(chǎn)生更多的機械沖刷和磨損。(2)耐火材料高溫溶解,在高溫下雜質(zhì)與耐火材料中的主要成分發(fā)生化學反應(yīng),生成低熔 點相或者液相。(3)高溫熔渣滲透、侵蝕,隨著溫度的升高,爐內(nèi)熔渣會在耐火材料上經(jīng)歷熔融潤濕-表面腐蝕-滲透-內(nèi)部侵蝕四個過程,隨后在耐火材料內(nèi)部產(chǎn)生體積膨脹效應(yīng),使耐火材料從內(nèi)部開裂。(4)高溫下氣相揮發(fā),主要是指在氧化氣氛下耐火材料中的含碳材料的氧化損失,如 Al2O3-C、SiC 等耐火制品受氧化所造成的損失。
在廢液處理爐中,鉀、鈉金屬鹽的過量侵蝕是造成廢液處理爐內(nèi)襯損毀的主要原因。目前,SiC質(zhì)、Al2O3-Cr2O3質(zhì)和Al2O3-SiO2質(zhì)耐火材料是廢液處理爐內(nèi)襯使用的主流耐火材料。SiC 質(zhì)耐火材料應(yīng)用十分廣泛,SiC作為優(yōu)異的耐火原料之一,本身具有非潤濕性和獨特的結(jié)構(gòu),使得SiC質(zhì)耐火材料具有高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性。在高溫使用過程中SiC氧化成為SiO2能夠堵塞氣孔,從而減緩熔渣的滲透,提高材料的抗熔渣侵蝕性能。但形成的SiO2極易被堿離子所侵蝕,SiO2含量越高,侵蝕速度越快。含Cr2O3的耐火材料具有更好的高溫強度及抗渣侵蝕性。將Cr2O3引入到剛玉質(zhì)耐火材料中,隨著燒結(jié)溫度的升高Cr2O3與Al2O3生成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的固溶體,這些化合物可以在材料表面形成一層致密的氧化層,在剛玉骨料表面形成不規(guī)則的環(huán)狀固溶區(qū)域,使材料內(nèi)部結(jié)合緊密,以高熔點的鋁鉻固溶體作為結(jié)合相,在高溫條件下能夠保持良好的結(jié)合強度,并改善材料的抗侵蝕性。但制備過程中固溶度難以控 制,高溫下 Cr2O3 易形成蒸汽,導致鋁鉻質(zhì)耐火材料致密度差,且鋁鉻磚易氧化與廢液第中堿金屬反應(yīng)生成低熔點的R2CrO4鉻酸鹽,如K2CrO4和Na2CrO4。其中Cr 6+極易溶于水對人體、土壤和水資源造成嚴重的危害。
莫來石作為鋁硅質(zhì)耐火材料中穩(wěn)定的化合物,具有高耐火度、優(yōu)良的抗熱震性、抗蠕變性和體積穩(wěn)定性。但是在使用過程中,Al2O3-SiO2 質(zhì)耐火材料易與廢液處理爐中堿金屬熔渣發(fā)生反應(yīng),生成低熔點相和膨脹相產(chǎn)物,造成 Al2O3-SiO2 質(zhì)耐火材料從內(nèi)部發(fā)生侵蝕損毀。鉀在700 ℃下開始與游離的SiO2反應(yīng),這堿侵蝕的開始的第一步主要反應(yīng)產(chǎn)物為硅鋁酸鉀和鉀霞石。

由三元相圖1.4可知,在1000 ℃下Al2O3-SiO2質(zhì)耐火材料在使用過程中會與K2CO3反應(yīng)形成白榴石(KAlSi2O6)、鉀霞石(KAlSiO4)兩種堿性礦物,這類礦物在耐火料內(nèi)部產(chǎn)生體積膨脹效應(yīng),同時產(chǎn)生玻璃相,使耐火材料從內(nèi)部造成破壞。
