溫度使影響耐火磚使用周期的一個(gè)重要因素之一,在眾多影響耐火磚使用周期的因素中,這些因素并不是單獨(dú)存在的,而常常是以綜合的形式出現(xiàn)。鎂砂耐火材料基本的性能就是要耐高溫,并具有隔熱性。不過(guò),溫度會(huì)對(duì)所有的損毀造成影響,如雜質(zhì)多時(shí),在較低的溫度下便會(huì)生成液相,產(chǎn)生收縮,并由此而產(chǎn)生裂紋。不定形耐火材料
此外,耐火材料與熔渣接觸時(shí)會(huì)向熔渣中擴(kuò)散,擴(kuò)散速度(dn/dt)可以用下式來(lái)表示:
dn/dt=DS(ns-n)/δ (1)
式中,D為擴(kuò)散系數(shù);S為耐火材料與熔渣接觸的面積;ns和n分別為耐火材料在熔渣中的飽和濃度和在時(shí)間為t時(shí)的濃度;δ為擴(kuò)散層的厚度。
擴(kuò)散系數(shù)在不同的溫度下變化較大,有下述關(guān)系:
D=Aexp-(Q/RT) (2)
式中,A為常數(shù);Q為擴(kuò)散活化能;R為氣體常數(shù),T為溫度。
將式2-2代入式2-1得
dn/dt=Bexp(-Q/RT) (3)
式中,B=AS(ns-n)/δ;式2-3說(shuō)明當(dāng)耐火材料出現(xiàn)熔損時(shí),隨著溫度上升熔損就以指數(shù)倍增加。對(duì)于一般的熔解反應(yīng)速度(υ),決定于擴(kuò)散速度:
υ=dn/dt=Bexp(-Q/RT) (4)
由于粘度與擴(kuò)散系數(shù)之間有司托克斯-愛(ài)因斯坦關(guān)系式:
D=KT=6πηγ(5)
式中,K為玻爾茲曼常數(shù);γ為遷移微粒的半徑;η為粘度系數(shù)。該關(guān)系式是從球形顆粒在均一性介質(zhì)中的簡(jiǎn)單情況下推導(dǎo)出來(lái)的,在硅酸鹽和氧化物系統(tǒng)中不一定可用。但是,D與η之間的反比例關(guān)系是可以肯定的。式2-3和式2-5說(shuō)明,反應(yīng)物的黏度隨著溫度的上升而降低。溶液的粘度降低后,侵入的熔渣數(shù)量增加,反應(yīng)面積即擴(kuò)大,熔損加快。北京電熔鎂砂
在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn),在玻璃窯中,熔融的溫度上升1℃,耐火材料的侵蝕就增加10%,在LD轉(zhuǎn)爐中,出鋼溫度提高30℃,耐火材料的損毀就增加一倍。這些情況都說(shuō)明,溫度對(duì)熔損的影響是非常大的。為了解決這個(gè)問(wèn)題,除基本原料之外,耐火材料的組織結(jié)構(gòu)即氣孔率和氣孔徑也是很重要的,但最主要的還是耐火材料與熔渣之間的潤(rùn)濕角(θ)應(yīng)在90℃上,因此說(shuō)明采用不潤(rùn)濕的材料更為有效。一般來(lái)說(shuō),炭素材料與熔渣之間潤(rùn)濕性小,所以利用炭素配合是有效的。溫度對(duì)Al2O3-SiC-C系中A、B,C3種磚被侵蝕情況的實(shí)例如圖13-2-1所示。該圖表明,這3種磚侵蝕都不大,浸潤(rùn)也較小,但隨著溫度上升侵蝕增加。因此,當(dāng)A種磚不理想時(shí),設(shè)計(jì)了B種磚;B種磚也不能滿(mǎn)足使用條件時(shí),又設(shè)計(jì)了C種磚。
關(guān)于溫度對(duì)于耐火材料損毀的影響還可以舉出MgO-C磚的例子。如圖2所表明的那樣,MgO-C系的共存區(qū)在高溫下急劇變狹,1700℃已經(jīng)縮小成一條線(xiàn)了,超過(guò)1800℃時(shí),二者就再也不能共存了。