Resumen de Mecanismos de ataque alcalino en los refractarios de horno alto. I. Ataque alcalino en materiales del sistema SiO₂-Al₂O₃.

D. Campos Loriz, K.R. Selkregg, Y. Tagami

• español

  El ataque por los metales alcalinos y sus compuestos se considera hoy como uno de los factores más importantes que determinan la destrucción de los refractarios en las zonas*críticas del horno alto.

  La información existente sobre el tema sugiere que el ataque alcalino de los refractarios sílco-aluminosos y de alta alúmina se realiza a través de la formación de ciertos compuestos alcalinos (tales como kaliofilita, leucita, y alúmina ß) en la porosidad del refractario ; estos compuestos poseen un volumen específico y un coeficiente de expansión térmica mayores a los del refractario original, lo que determina su destrucción mediante tensiones térmicas y mecánicas. En el caso de los refractarios de carbono y semi-grafito se han sugerido mecanismos tales como el efecto catalítico de los compuestos de potasio en la oxidación del carbono por el CO2, la formación de compuestos de intercalación K-C entre los planos reticulares del grafito, y la destrucción mecánica del refractario por la condensación de sales de potasio.

  Los refractarios de carburo de silicio muestran una elevada resistencia al ataque alcalino en las condiciones imperantes en el homo alto. De los ensayos de laboratorio, y del examen de muestras tras su uso en el horno, se deduce que tanto la fase ligante como el grano de CSi son atacados por los compuestos alcalinos, aunque este último en medida mucho menor. Se propone un mecanismo en el cual el refractario de CSi es atacado por carbonato potásico en fase líquida a una cierta distancia de la cara caliente definida por el gradiente térmico en el revestimiento, acompañado por un ataque en fase gaseosa, menos severo, en la cara caliente del refractario .

• English

  Alkali attack is widely recognised today as one of the most damaging factors affecting de life of refractories in critical areas of the blast furnace. A review of the literature suggests that the mechanism of alkali attack on fireclay and high alumina refractories involves the formation of potassium compunds (kaliophilite, leucite, and ß-aivmina) within the porosity of the refractory; these compounds exhibit a larger specific volume, and a higher co-efficient or thermal expansion, than the original brick, thus leading to the failure of the lining through thermal and mechanical stresses. For carbon and semigraphite refractories, suggested mechanisms include the catalytic effect of potassium compounds on the oxidation of carbon by CO2; the intercalation of K-C compounds between the reticular planes of graphite; and the mechamical destruction of the refractory through condensation of potassium salts.

  SiHcon carbide refractories exhibit an improved resistance to alkali attack under blast furnace conditions. Laboratory tests and examination of used specimens reveal that both de bond phase and (to a mucha lesser extent) the SiC grain are attacked by the alkali. A mecanism is proposed involving de attack by molten potassium carbonate at some depth within de refractory wall defined by the thermal gradient through the lining, co-existing with a less severe vapor-phase attack at the refractory hot face.

• français

  On considere audjourdTiui que Tattaque des alcalins est parmi les facteurs les plus importants qui déterminent la destruction dels réfractaires dans les zones critiques des hauts fourneaux. L'information disponible sur ce sujet indique que les réfractaires argileux et dTiaute alumina sont détruits par la formation de composés alcahns (Kaliophilhte, leucite, alumina ß) dans la porosité du matériel; ces composés ont un volumen spécifique et une expansión termique supérieur a ceux du réfractaire original, conduissant à sa destruction par des tensions termiques et mécaniques. Dans le cas de réfractaires de carbon et demi-grafite, on a proposé des mécanismes tels que Taction caralytique du potassium sur Toxidación du carbon par le CO2; la formation de produits d'intercalation K-C entre les plains réticulaires de grafite; et la destruction mécanique du réfractaire par la condensation de sels de potassium.

  Les réfractaires de carbure de silicium présentent una haute résistance à l'attaque des alcalins dans les conditions de l'haut fourneau .Les essais de laboratoire et l'examination des échantillons après le service montrent que la phase liant et le grain de CSi (celui-ci à un niveau bien inférieur) sont attaqués par les alcahns. On propose un mécanisme dans lequel le réfractaire de CSi est attaqué par le carbonate de potassium en phase liquide à une certaine distance de la face chaude définie par la gradient termique dans le revêtement; avec un attaque dans la phase gazeuse, moins sévère, qui aurait lieu à la face chaude.

• Deutsch

  Die Ätzung durch Alkalimetalle un deren Verbindungen wird heute als einer der wichtigsten Faktoren für die Zerstörung der feuerfesten Auskleidung in den kritischen Hochofenzonen angesehen. Die in diesem Zusammenhang verfügbaren Informationen legen die Vermutung nahe, dass die alkaHsche Einwirkung auf die silizium-tonerde- und hochtonerdehaltieen feuerfesten Stoffe über die Bildung gewisser Alkaliverbindungen (z.B. KaliophyUit, Leucit und ß- Aluminiumoxid) in den Poren des feuerfesten Materials erfolgt. Diese Verbindungen besitzen eine Räumigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizienten, die über denen des feuerfesten Stoffes liegen und daher dessen Zerstörung durch mechanische und Wärmespannungen bewirken. Im Falle von Kohlenstoff- und semigraphithaltigen feuerfesten Materialien werden Mechnismen wie der Katalyse-Effekt der Kaliumverbindungen bei der Kohlenstoff-Oxydie rung durch CO2, die Entstehung von K-C-Einlagerungsverbindungen in den Gitterebenen des Graphits und die mechanische Zerstörung der feuerfesten Auskleidung durch die Kondensierung von Kalisalzen als Erklärung vorgeschlagen.

  Unter den im Hochofen vorherrschenden Bedingungen erweisen sich die aus Karborund bestehenden feurfesten Stoffe als besonders iderstandsfähig gegn die Alkaliätzung. Laborversuche und die Untersuchungen an Proben nach deren Einsatz im Hochofen lassen erkennen, dass sowohl die Binderphase als auch das CSI-Korn, letzteres allerdings in weit geringerem Masse, von den Alkaliverbindungen angegriffen werden. Es wird ein Mechanismus vorgeschlagen, demzufolge die CSi-Feuerfeststoffe von Kaliumkarbonat in der flüssigen Pahse in einem gesiwwen, durch den Temperaturgradienten in der Auskleidung bestimmten Abstand von der heissen Seite angegriffen würden; zugleich würde ein weniger intensiver Angriff in der Gasphase auf der heissen Oberfläche des feuerfesten Materials erfolgen.