耐火材料抗碱蒸气侵蚀性研究

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2021.04.005

耐火材料 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (4): 296-301.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2021.04.005

耐火材料抗碱蒸气侵蚀性研究

范沐旭(), 侯晓静, 冯志源, 王晗, 刘鹏程, 石干

中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司先进耐火材料国家重点实验室河南洛阳 471039

收稿日期:2020-12-26 出版日期:2021-08-15 发布日期:2021-08-22
作者简介:范沐旭:男,1990年生,硕士。E-mail: 404913797@qq.com

Alkali vapor corrosion of refractories at high temperatures

Fan Muxu(), Hou Xiaojing, Feng Zhiyuan, Wang Han, Liu Pengcheng, Shi Gan

State Key Laboratory of Advanced Refractories,Sinosteel Luoyang Institute of Refractories Research Co.,Ltd.,Luoyang 471039,Henan,China

Received:2020-12-26 Online:2021-08-15 Published:2021-08-22

摘要/Abstract

摘要：

以高纯刚玉砖、刚玉-莫来石砖、莫来石砖、六铝酸钙砖、六铝酸钙-刚玉砖为研究对象,探究了5种耐火制品在1 370和1 500 ℃碱蒸气侵蚀下的反应状态及抗碱蒸气侵蚀机制。结果表明:1)在高温碱蒸气环境下,高纯刚玉砖无明显渣层,反应膨胀明显。2)刚玉-莫来石砖在1 370 ℃时反应膨胀较为明显,1 500 ℃时转变为熔蚀。3)1 370 ℃时,碱蒸气和莫来石砖形成渣层,但无体积效应;温度提高至1 500 ℃,加剧了莫来石砖的反应熔蚀。4)六铝酸钙砖和六铝酸钙-刚玉砖在碱蒸气侵蚀下形成薄渣层,其表面吸收Na⁺形成致密层,体积效应小。

关键词: 碱蒸气侵蚀, 碳酸钠, 六铝酸钙, 刚玉, 莫来石

Abstract:

Commercial high purity corundum brick,corundum-mullite brick,mullite brick and calcium hexaluminate brick and calcium hexaluminate-corundum brick were studied to investigate their reaction state and alkali vapor corrosion resistance mechanism at 1 370 ℃ and 1 500 ℃.The results show that:1)served in hot alkali vapor,high-purity corundum brick has no obvious slag layer and reaction-expands obviously;2)corundum-mullite brick shows obvious reactive expansion at 1 370 ℃ and melting corrosion happens at 1 500 ℃;3)at 1 370 ℃,alkali vapor and mullite brick react and form a slag layer without volume effect;when the temperature is increased to 1 500 ℃,the reaction melting corrosion is intensified;4)calcium hexaluminate brick and calcium hexaluminate-corundum brick form a thin slag layer under alkali vapor,and its surface absorbs Na⁺ to form a dense layer with small volume effect.

Key words: alkali vapor corrosion, sodium carbonate, calcium hexaluminate, corundum, mullite

中图分类号:

TQ175

范沐旭, 侯晓静, 冯志源, 王晗, 刘鹏程, 石干. 耐火材料抗碱蒸气侵蚀性研究[J]. 耐火材料, 2021, 55(4): 296-301.

Fan Muxu, Hou Xiaojing, Feng Zhiyuan, Wang Han, Liu Pengcheng, Shi Gan. Alkali vapor corrosion of refractories at high temperatures[J]. Refractories, 2021, 55(4): 296-301.

图/表 14

表1 试验用试样的理化指标

Table 1 Physical and chemical properties of test specimens

项目	高纯刚玉砖	刚玉-莫来石砖	莫来石砖	六铝酸钙砖	六铝酸钙-刚玉砖
w(Al₂O₃)/%	99	92	62	89	92
显气孔率/%	19.8	15.6	18.3	24.7	24.1
体积密度/(g·cm^-3)	3.15	3.08	2.42	2.67	2.79
物相	刚玉	刚玉、莫来石	莫来石、硅线石、石英	六铝酸钙、二铝酸钙、一铝酸钙	六铝酸钙、刚玉、二铝酸钙
结合相	刚玉	莫来石	莫来石、玻璃相	六铝酸钙	六铝酸钙

图1 经1 370 ℃保温24 h碱蒸气试验后各试样外观对比照片

Fig.1 Appearance of different specimens after alkali vapor test at 1 370 ℃ for 24 h

图2 经1 370 ℃保温24 h碱蒸气试验后各试样剖面对比照片

Fig.2 Cross sections of different specimens after alkali vapor test at 1 370 ℃ for 24 h

表2 经1 370 ℃保温24 h碱蒸气试验后各试样线变化率

Table 2 Linear change rates of different specimens after alkali vapor test at 1 370 ℃ for 24 h

试样	线变化率/%
高纯刚玉砖	3.2
刚玉-莫来石砖	4.3
六铝酸钙砖	1.3
六铝酸钙砖(重复)	1.1
六铝酸钙-刚玉砖	0.8
莫来石砖	0

图3 经1 500 ℃保温24 h碱蒸气试验后各试样外观对比照片

Fig.3 Appearance of different specimens after alkali vapor test at 1 500 ℃ for 24 h

图4 经1 500 ℃保温24 h碱蒸气试验后各试样剖面对比照片

Fig.4 Cross sections of different specimens after alkali vapor test at 1 370 ℃ for 24 h

表3 经1 500 ℃保温24 h碱蒸气试验后各试样线变化率

Table 3 Linear change rates of different specimens after alkali vapor test at 1 500 ℃ for 24 h

试样	线变化率/%
高纯刚玉砖	6.6
刚玉-莫来石砖	0
莫来石砖	0
六铝酸钙砖	2.2
六铝酸钙-刚玉砖	1.2

表4 经1 500 ℃保温24 h碱蒸气试验后各试样端面物相组成

Table 4 XRD analysis of slag and corrosion areas of different specimens after alkali vapor test at 1 500 ℃ for 24 h

试样端面 (渣层及变质层)	物相组成
高纯刚玉砖	刚玉、β-氧化铝、γ-三水铝石、一水合碳酸钠
刚玉-莫来石砖	β-氧化铝、刚玉、Na_1.75 (Al_1.75Si_0.25O₁₄) 、 γ-三水铝石、一水合碳酸钠
莫来石砖	β-氧化铝、刚玉、莫来石、霞石、 Na_1.75 (Al_1.75Si_0.25O₁₄)
六铝酸钙砖	β-氧化铝、六铝酸钙、二铝酸钙、铝酸一钙、 γ-三水铝石
六铝酸钙-刚玉砖	β-氧化铝、六铝酸钙、铝酸三钙、γ-三水铝石

图5 六铝酸钙砖经1 370 ℃保温24 h碱蒸气试验后SEM照片和元素面分布图

Fig.5 SEM image and elemental mapping of calcium hexaluminate brick after alkali vapor test at 1 370 ℃ for 24 h

表5 六铝酸钙砖经1 370 ℃保温24 h碱蒸气试验后不同区域成分分析

Table 5 EDS analysis of calcium hexaluminate brick after alkali vapor test at 1 370 ℃ for 24 h

位置	w/%
位置	Na₂O	Al₂O₃	CaO	Fe₂O₃
距表层0.088 mm	8.0	15.8	75.1	1.1
距致密层0.5 mm	24.9	66.6	8.8	0.7
距表层1 mm	7.5	89.6	2.3	0.6
距表层3 mm	6.6	90.0	2.5	0.9
距表层4 mm	1.0	87.8	10.5	0.7
距表层5 mm	—	88.8	11.2	—

图6 六铝酸钙砖渗透区的断口显微形貌

Fig.6 Fracture microstructure of infiltration zone of calcium hexaluminate brick

图7 莫来石砖经1 370 ℃保温24 h碱蒸气试验后SEM照片

Fig.7 SEM image of mullite brick after alkali vapor test at 1 370 ℃ for 24 h

表6 莫来石砖经1 370 ℃保温24 h碱蒸气试验后不同区域成分分析

Table 6 EDS analysis of mullite brick after alkali vapor test at 1 370 ℃ for 24 h

位置	w/%
位置	Na₂O	Al₂O₃	SiO₂	CaO	TiO₂
距表层1 mm	23.7	43.9	30.3	0.4	0.8
距表层2 mm	5.2	51.2	41.9	—	1.2
距表层2.5 mm	—	59.7	37.9	0.4	1.0

图8 莫来石砖渗透区显微形貌

Fig.8 Microstructure of infiltration zone of mullite brick

参考文献 21

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耐火材料抗碱蒸气侵蚀性研究

Alkali vapor corrosion of refractories at high temperatures

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