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三种刚玉耐火浇注料在垃圾焚烧炉内的侵蚀性能对比

添加时间:2021年12月13日  浏览次数:

垃圾的存在不仅占用大量的空间,还对地球环境造成严重污染,危害人类和动植物的生存环境。垃圾处理较多的方法是焚烧。在垃圾焚烧炉中,因焚烧的垃圾为不同组成的非均匀性混合物,其类型和热量等方面有很大不同。为此,垃圾焚烧炉内衬的物理和化学性能需适应不同阶段的操作要求。垃圾焚烧炉的工作温度一般不超过1400℃,但复杂的工作环境(如气体的侵蚀,垃圾中的金属等在高温下对炉体内部的磨损、冲击等)要求耐火材料内衬具有以下特点:良好的耐磨性;良好的体积稳定性和耐酸碱性;良好的热冲击性;良好的抗侵蚀能力;良好的高温强度和隔热性。因此,垃圾焚烧炉用耐火材料被碱金属化合物侵蚀的机制,在实验室采用抗碱性试验方法研究了不同温度下莫来石、刚玉和铬刚玉三种浇注料侵蚀前后的物理性能、物相组成及显微结构,探究三种耐火浇注料抗K2CO3的侵蚀行为。

1:试验,试验用原料为电熔莫来石颗粒及细粉(粒度为5~33~1、≤1、≤0.045mm、AL2O375.3%SiO224.1%)电熔白刚玉颗粒及细粉(粒度为5~33~1、≤1、≤0.045mmAL2O399.4%),电熔氧化铬颗粒及细粉(粒度为5~33~1、≤1、≤0.045mmCr2O399.5%),活性a-AL2O3微粉(d50=2.41μmAL2O399.6%)结合剂为铝酸钙水泥,减水剂为FS10+FW10.分别按 GB/T5072-2008GB/T2997-2000检测抗碱侵蚀试验前后试样的常温耐压强度、显气孔率和体积密度,并计算强度变化率[(侵蚀后常温耐压强度-侵蚀前常温耐压强度)÷侵蚀前常温耐压强度X100%]。

2:结果与讨论,1示出了莫来石、刚玉和铬刚玉浇注料经800100012001350℃抗碱侵蚀后试样的XRD图谱。可知,随着温度的升高,莫来石试样的主要物相为莫来石、刚玉,刚玉试样的主要物相为刚玉,铬刚玉试样的主要物相为刚玉、Cr2O3,说明三种浇注料侵蚀后的主要物相均没有变化。800℃时,莫来石、刚玉和铬刚玉三种浇注料与碱反应后的对应产物KALSiO4、β-AL2O3K2CrO4,但衍射峰强度比较低,生成量较少,碱对材料的侵蚀不明显;随着温度升高,KALSiO4、β-AL2O3 的衍射峰逐渐增强,说明K2CO3对莫来石和刚玉浇注料的侵蚀程度随温度升高而增大,其中β-AL2O3KALSiO4K2CrO4物相在1350℃ 时的衍射峰都较高,生成量多,而主物相的衍射峰明显降低,说明三种浇注料在1350℃被碱侵蚀严重。


图2为莫来石、刚玉和铬刚玉浇注料在8001200抗碱侵蚀后的SEM照片。在800时,由图2(a)可知,碱对莫来石浇注料的侵蚀极少,莫来石形貌结构完整。由图2(b)可知,刚玉浇注料与碱反应极少,刚玉颗粒表面有一层片状物质,通过分析为β-AL2O3,但生成量较少,刚玉被破坏的不是很明显。莫来石和刚玉浇注料在 800时,强度变化率较大且为正值,侵蚀后强度增加,少量的K2O进入材料内部,堵塞部分气孔,对材料的侵蚀较轻,并没有新物相产生,侵蚀后强度增加,体积密度增大,气孔率降低,材料抗碱侵蚀性强,碱对其显微结构影响不大。由图2(c)可知,氧化铬在碱的条件下,易形成铬酸钾,低温下铬刚玉浇注料与碱反应生成铬酸钾和β-AL2O3,与XRD分析结果一致;铬刚玉浇注料的强度变化率虽为正值,但变化率较小,强度低,气孔率较大,结构疏松,碱易渗入材料内部,对铬刚玉浇注料破坏较严重。


1200时,由图2(d)可知,莫来石颗粒被碱侵蚀后结构疏松,亮白色物质和片状产物聚集在莫来石颗粒上,结合分析为KALSiO4β-AL2O3;由图2(e)可知,刚玉与碱反应后生成大量的β-AL2O3,刚玉颗粒被厚厚一层片状β-AL2O3 所覆盖。莫来石和刚玉浇注料与碱反应较严重,强度变化率为负,其绝对值越大,侵蚀后强度降低,体积密度减小,气孔率升高,致使材料结构疏松,生成低密度β-AL2O3KALSiO4,严重破坏了莫来石和刚玉的显微结构,且有较大的体积膨胀发生,侵蚀越来越严重。由图2(f)可知,铬刚玉浇注料中有许多针状物质和亮白色的物质包裹,片状物质为β-AL2O3,亮白色物质为Cr2O3 AL2O3 反应形成的铝铬固溶体;而铬刚玉浇注料随温度升高,强度也随之减小,经碱侵蚀后,虽生成一部分铬酸钾产生体积膨胀,但是C2O3AL2O3反应形成铝铬固溶体,呈孤岛状填充在铬刚玉晶体之间,且黏度较大,高黏度液相覆盖在反应层表面,材料的结构较致密,能够有效阻止碱蒸气的进一步扩散,降低了侵蚀速度。

3结论1800时,莫来石、刚玉和铬刚玉浇注料试样侵蚀后的强度变化率为正值,侵蚀后的强度均比侵蚀前的高;在1000 1200 1350时,铬刚玉浇注料试样侵蚀后的强度高,且强度变化率比莫来石和刚玉浇注料的小。(2)800时,莫来石和刚玉浇注料的抗碱侵蚀性能优于铬刚玉浇注料;当温度高于800时,铬刚玉浇注料的抗碱侵蚀性能较好。

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