Растворение огнеупоров

Растворение оксида алюминия в расплаве чистого железа:

Al₂O₃ ® 2[Al]_Fe + 3[O]_Fe

Химическая стойкость.

Химическая стойкость характеризует способность огнеупоров не разрушаться в результате химического воздействия газов, шлаков, металла, пыли шихты и других веществ, которые обобщённо можно назвать средой. В процессе взаимодействия огнеупора со средой происходит его механическое истирание и их химическое взаимодействие, в результате чего уменьшается толщина футеровки, возможно налипание шлака или окалины. На границе шлака и огнеупора образуется расплав, проникающий в футеровку и образующий с ней метаморфический слой, последний, стекая с поверхности огнеупора, смывает оставшиеся грубые частицы основы огнеупора.

Таким образом, взаимодействие различных реагентов (шлак, зола, топливо, шихта, технологические продукты) с огнеупором при высоких температурах вызывает его разрушение вследствие образования легкоплавких соединений и растворения части огнеупора.

Такое разрушение является следствием целого ряда сложных физико-химических процессов и называется шлакоразъеданием, а стойкость огнеупоров против шлакоразъедания называется шлакоустойчивостью.

Существует тигельный способ определения разъедания и проникновения шлака в огнеупорное изделие. В образце огнеупора просверливают отверстие установленной глубины и диаметра, засыпают в него размельчённый шлак, нагревают в электрической печи до 1500 ^оС и выдерживают 3-4 часа. После охлаждения образцы разрезают по высоте и измеряют глубину проникновения шлака.

Шлакоразъедание наиболее распространённое: » 70% всех случаев разрушения огнеупорных футеровок относится к шлакоразъеданию.

Шлакоразъедание зависит от физико-химических свойств огнеупора и шлака.

Шлакоразъедание является результатом воздействия двух процессов:

1. коррозии – химического воздействия огнеупора и шлака;

2. эрозии – процесса механического истирания футеровки текущим

шлаком или твёрдыми частицами.

Оба процесса интенсифицируют друг друга. С одной стороны эрозия увеличивает поверхность взаимодействия огнеупора и шлака и смывает с поверхности огнеупора плёнку шлака, которая играет роль защитного слоя. С другой стороны, коррозия сильно разрыхляет огнеупор и облегчает эрозию.

Шлакоразъедание зависит от химико-минералогического состава огнеупора и шлака, структуры огнеупора, вязкости и температуры шлака и от того, находится ли шлак в движении или в покое.

Температура является основным фактором, ускоряющим процесс шлакоразъедания. Повышение температуры на 10-20 ⁰С может усилить процесс шлакоразъедания на 20-30 % и более.

Другим основным фактором является химико-минералогический состав огнеупора и шлака. Для близких по химическому составу огнеупоров и шлаков шлакоразъедание невелико.

О шлакоустойчивости огнеупора нельзя говорить вообще, нужно иметь в виду определённый огнеупор и шлак. Чем больше расходятся по своей химической природе огнеупор и шлак, тем интенсивнее их взаимодействие и разрушение огнеупора.

Отсюда возникло правило подбора огнеупоров: для кислого шлака берут кислый огнеупор, а для основного – основной.

Структура огнеупора также сильно влияет на процесс шлакоразъедания.

Пористость усиливает процесс шлакоразъедания. Существенной значение имеет характер пор, в частности наличие сообщающихся пор. Шлакоустойчивость резко повышается с увеличением прочности связи между зёрнами. Плотность и прочность являются важными факторами, влияющими на качество огнеупора.

Важное значение имеет зерновой состав огнеупора и доля в нём стекловидной связки. Разрушение происходит по связке и мелким зёрнам. Крупные зёрна меньше растворяются в шлаке, но они менее стойки в отношении эрозии.