碱性窑炉用耐火材料损坏机理分析

碱回收炉衬的工作条件十分复杂和恶劣，引起炉衬破坏的因素很多，其中高温作用、强碱腐蚀和热应力作用是最为主要的三个破坏因素。

高温作用

碱回收炉在正常运转时，炉膛火焰的温度通常为950℃~1050℃，当火焰辐射到炉衬的表面时，可使炉衬表面的温度高达约900℃~1000℃，这样的高温作用将使炉衬材料的性能(机械性能和物理性能)大幅度降低，并且也会加速腐蚀介质(碱和酸)对炉衬的腐蚀作用，从而加速炉衬的损毁。

强碱腐蚀

在碱回收炉燃烧生成物中存在大量的Na2CO3和少量的NaOH，这些燃烧生成物都会强烈腐蚀炉衬。上海一纸浆厂用普通的粘土耐火砖作炉衬，连续使用22天后发现此耐火砖已被腐蚀了一半，深度大约为120mm;而用镁铬砖作为炉衬时发现其使用寿命也仅有6~8个月。碱盐对碱回收炉炉衬的腐蚀有化学腐蚀和结晶腐蚀两种。

(一)化学腐蚀

强碱腐蚀是指炉衬材料中的一些成份会与腐蚀介质发生化学反应，新生成的物质容易被腐蚀介质溶解，从而损坏炉衬结构。例如在铬质塑性炉衬(主要材质为铬铁矿)中，Na2CO3和NaOH将与炉衬材料中的Fe2O3反应，生成NaFeO2：

Fe2O3+Na2CO3→2NaFeO2+CO2 (1)

2Fe2O3+4NaOH→4NaFeO2+2H2O (2)

由于反应式(1)的反应温度在820℃以上，所以这个反应主要发生在较高温度的炉衬表面层。反应式(2)是由NaOH生成NaFeO2，这个腐蚀反应在较低的温度下就可以进行，因此反应式(2)在炉衬表面层和炉衬内部均可发生。

(二)结晶腐蚀

结晶腐蚀是指在高温下碱类物质熔融为碱液，碱液通过炉衬的孔隙或者毛细管渗进炉衬内部，在冷却的过程中结晶生成体积比较庞大的新物质，使得炉衬局部体积膨胀，从而产生一定的内应力，最终引起炉衬结构的损坏。例如：当NaOH和CO2化合后，会变为含有分子结晶水的碳酸钠(Na2CO3·10H2O)，体积比原来增大2.5倍，产生较大的体积膨胀。

热应力作用

热应力作用是指材料遭遇急冷急热作用从而产生的热冲击以及热疲劳破坏。由于黑液的温度较低且含有约为40~50%的水分，当黑液喷射到炽热的炉衬表面时，将使炉衬受到急冷急热的作用，瞬时较大的温度梯度会使炉衬产生极大的热应力，从而使炉衬进入到“热冲击”状态，迅速增加热应力将会使炉衬材料脆化。炉衬在反复的急冷急热作用作用下，会产生热疲劳破坏。

在炉衬厚度方向由于温度分布不均匀也会产生热应力作用。炉衬工作时，在炉衬的工作面温度可达900~1000℃，而在非工作面的一侧温度约为200℃，通常炉衬的厚度仅有30mm左右，这样在炉衬厚度方向上将存在较大的温度梯度，从而产生极大的热应力，最终可能使炉衬结构遭到损坏。