耐火襯里損壞機理分析

耐火材料在使用過程中，由于高溫或溫度變化、氣氛變化和熔渣的腐蝕和侵蝕，其損壞形式復雜，損壞機理多樣。綜上所述，耐火材料的損壞形式主要包括機械損壞和化學侵蝕。
 

機械損壞
 

耐火材料的機械損壞主要包括熱剝落、結構剝落、高溫熱疲勞和機械沖擊。氣化爐耐火材料在使用過程中不可避免地會出現熱震，這是耐火材料機械損壞的主要原因之一。
 

所謂熱震，是指耐火材料在運行溫度變化較大時對其產生的影響。GE公司對熱循環有一個定義，即當溫度在1h內發生100℃變化時，稱為熱循環，也可以歸為熱震。在烘爐、投料、停車過程中，氣化爐易發生熱震，尤其是進料和停車過程中。在烘爐過程中，負壓和烘爐燃料控制不當可能導致爐溫在短時間內發生較大變化，主要表現為氣化爐燃燒室上下溫差變大，局部溫度過高。此時，整體熱膨脹會不均勻，從局部裂紋到磚塊擠壓。在進料過程中，由于煤漿和氧氣都是溫度較低的介質，在1分鐘內相繼進入爐內。此時爐溫一般在1000℃左右。從DCS上觀察爐溫的變化，可以發現在進料的瞬間，爐內溫度發生了先降后升的變化，因為冷介質進入高溫環境會吸收大量煤漿和氧氣溫度達到一定值時，會發生劇烈的氧化反應而燃燒。在停車過程中，為了保證氧氣管道和煤漿管道的清潔，需要吹掃兩條主要物料管道的氮氣。每一次停車進入氣化爐燃燒室的氮氣都從13MPa降榮盛耐材11.3MPa左右，約1000m3的氮氣進入，同樣會使耐火材料的溫度突然下降，因此每一次停車過程也相當于一次熱震。從運行過程中可以得出這樣一個結論:氣化爐停車次數越多，耐火材料機械損壞的概率越高。

 

在系統運行初期，由于人們對這種大型爐的認識不足、公共工程不穩定等諸多原因，氣化爐的開啟和停止頻繁，有時會進行較低溫度的聯投操作，這是耐火材料使用壽命短的原因之一。
 

化學侵蝕。
 

水煤漿加壓氣化爐中使用的耐火材料由多種高熔點化合物組成，其中主要成分為Cr-O。目前，火面上使用的耐火材料的Cr-O含量可高達90%，其余為Al-O、ZrO等成分。有些化合物具有同質多晶現象，即同一化合物具有多種晶體結構(晶型)。當條件發生變化時，它將從一個晶型轉變為另一個晶型。如果一種化合物有幾種晶型，只有自由能在一定溫度和壓力下的晶型才能穩定存在。例如，一種化合物有兩種:晶型I和晶型ⅱ。當溫度低于一定值時，只有晶型I可以穩定存在；當溫度升榮盛耐材一定值時，晶型I和晶型ⅱ之間會發生變化。當溫度高于個溫度時，只有晶型ⅱ能穩定存在。對于水煤漿加壓氣化爐的耐火材料，當不考慮其他因素，只考慮溫度時，對溫度的要求不超過1500℃。由于晶型變化往往伴隨著體積(或密度)等性質的變化，當耐火材料中發生晶型變化時，可能會出現開裂、疏松或粉化，從而影響其整體使用壽命。
 

如果熔渣浸入耐火材料內部的氣孔中，不僅會促進耐火材料的熔化和腐蝕，還會導致材料的化學腐蝕和結構剝落，從而加速其損壞。由于熔渣一旦浸入耐火材料內部的氣孔中，就會立即與其發生反應，導致工作表面變質，因此，在高溫條件下，浸入區域會變得非常疏松。有人做過相關測試。當溫度達到1300℃時，熔渣對耐火磚的滲透深度可達30毫米。就水煤漿加壓氣化技術本身而言，在現有煤種范圍內，大多數煤種的操作溫度不能達到1300℃以下，因此可以得出結論，在正常生產過程中，熔渣對耐火材料的侵蝕幾乎是不可避免的。為了延長耐火材料的使用壽命，經過大量的工業探索和試驗，我們發現Cro與渣中的Feo、Alo、FeO、MgO反應生成復合尖晶石(Mg、Fe)O(Al、Cr、Fe)，在耐火材料表面形成一致密的保護層，可以防止渣的進一步侵蝕。