1. Giới thiệu
Ăn mòn vỏ lò quay ximăng được chia thành hai loại: ăn mòn trong quá trình dừng lò do ngưng tụ hoặc hấp thụ nước và ăn mòn (nhiệt độ cao) trong quá trình lò làm việc. Loại thứ nhất ít xảy ra vì các biện pháp ngăn chặn thường rẻ tiền và phổ biến. Loại thứ hai ngày càng trở nên thường xuyên, cơ chế phức tạp và chỉ có khả năng định tính, bên cạnh đó chi phí cho các biện pháp ngăn ngừa thường cao. Trong bài viết này chỉ đề cập đến loại ăn mòn thứ hai.
Qua nghiên cứu 12 lò ở 4 nhà máy khá gần nhau đã cho thấy có sự liên hệ giữa ăn mòn vỏ lò với quá trình sản xuất ximăng. Trong đó, chỉ 8 lò có canxinơ bị ăn mòn bất kể thời gian làm việc hay loại nguyên liệu, nhiên liệu, vật liệu chịu lửa được sử dụng. Ở 4 lò có tháp trao đổi nhiệt (không có canxinơ) không thấy xuất hiện dấu hiệu ăn mòn mặc dù chúng có tuổi thọ làm việc cao hơn và sử dụng cùng loại nguyên liệu.
Đối với lò có canxinơ, sự ăn mòn chỉ giới hạn trong 1 vùng khá ngắn từ đầu lớp côla kéo dài khoảng 10 đến 20 mét về phía cửa nạp liệu. Một số kết luận tại thời điểm đó sau này đã bị thay đổi nhưng những gì quan sát được vẫn còn giá trị. Điều này làm tăng số lượng các câu hỏi mà bài viết đang tìm cách trả lời bằng việc kết hợp kết quả thực nghiệm trên các lò cụ thể, kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và những mô hình nhiệt động học đã được áp dụng để giải thích sự ăn mòn do đọng tro trong nồi hơi.
Những câu hỏi được đặt ra là:
- Vì sao lò có canxinơ dễ bị ăn mòn?
- Đâu là nguyên nhân chính khiến cho sự ăn mòn bị giới hạn (Vì sao không xuất hiện dấu hiệu ăn mòn ở đầu bên kia của lớp côla)?
- Có thể theo dõi quá trình ăn mòn và đo tốc độ ăn mòn không? Đo đạc như thế nào?
- Có thể sử dụng những lựa chọn sẵn có nào để làm giảm tốc độ ăn mòn?
2. Mô tả vĩ mô sự ăn mòn
Tốc độ ăn mòn được theo dõi bằng cách đo đạc thường kỳ độ dày của những điểm đánh dấu trên vỏ lò. Hình 1 minh hoạ kiểu ăn mòn thông thường trong lò có canxinơ và ống khí ba, năng suất 4600 tấn/ngày. Các số liệu được thu thập bằng cách dùng máy siêu âm xác định lại độ dày mới cho từng vùng của ống lò. Kết quả được tính bằng tốc độ giảm chiều dày trung bình trong thời gian 2 năm. Độ dày ban đầu của vỏ lò không được sử dụng trong tính toán. Tốc độ ăn mòn lớn nhất bắt đầu từ đầu lớp côla kéo dài về phía cửa nạp liệu trên một chiều dài bằng 5 lần đường kính lò. Tốc độ ăn mòn giảm dần về phía của nạp liệu. Hầu như không có bất kỳ sự ăn mòn nào về phía vòi đốt của lớp côla
Hình 1. Tốc độ ăn mòn
trong lò có canxinơ và ống khí ba,
năng suất 4600 tấn/ngày
Các sản phẩm ăn mòn đều giòn, xốp và gần giống cốc. Gỉ ở chỗ tiếp xúc với gạch chịu lửa có màu nâu nhạt còn ở chỗ tiếp xúc với vỏ thép có màu nâu bóng hoặc đen óng (hình 2). Dưới đây chúng lần lượt được gọi là gỉ phía gạch và gỉ phía vỏ lò.
Phân tích tiết diện ngang của gỉ bằng phương pháp SEMIEDX cho thấy gỉ có cấu trúc xốp và đa lớp - gồm nhiều lớp kế tiếp nhau với thành phần chính là oxyt sắt và sunphua sắt. Từ đó có thể phân biệt được ba loại gỉ:
- Gỉ không chứa clo và kiềm (3 trường hợp)
- Gỉ chứa clo không chứa kiềm (5 trường hợp)
- Gỉ chứa cả clo và kiềm (3 trường hợp)
Gỉ loại này có cùng hình thái như những mẫu đã phân tích ở trên. Giống như trên, khi phân tích định lượng bằng phương pháp FDX, các cực đại của lưu huỳnh trùng với các cực tiểu của oxy, chứng tỏ các lớp cao lưu huỳnh đã thay thế các lớp cao oxy.
Điều này được minh hoạ trên ảnh quét (line scan) - hình 5. Trong những trường hợp này đều có mặt clo mà không có kiềm. Phân tích định lượng cũng xác nhận thêm cho hình ảnh này.
Phân tích EDX được thực hiện trên 4 mẫu được lấy xung quanh một vị trí: một mẫu bột gỉ nghiền mịn, một mẫu gỉ phía gạch, một mẫu gỉ phía vỏ thép, và một mẫu ở đáy của gạch chịu lửa . Kết quả được trình bày trên bảng 1. Có thể thấy rằng hàm lượng lưu huỳnh (S), clo (Cl) và kali (K) ở hai mặt gỉ rất giống nhau: S = 3,5%, Cl = 6% và K = 0,5%. Bột ăn mòn có hàm lượng S cao hơn (cỡ 15%) còn Cl thấp hơn (chỉ khoảng 2,5%). Đáy của gạch có thành phần gần giống sản phẩm ăn mòn. Phổ X-ray của bốn sản phẩm đều có oxyt sắt và sunphua sắt với hàm lượng khác nhau.
3.3. Gỉ chứa cả clo và kiềm
Giống như các trường hợp trên, loại gỉ này cũng xốp và đa lớp. Bảng 2
là kết quả phân tích ba mẫu: bột ăn mòn, gỉ phía vỏ lò vàgỉ phía gạch.
Một lần nữa, bột ăn mòn lại chứa nhiều lưu huỳnh hơn hai loại gỉ ăn mòn
tương ứng. Tuy nhiên gỉ lại chứa rất nhiều kali mặc dù vẫn một lượng
clo dư.
|
Gỉ sắt |
Sắt | Lưu
huỳnh |
Clo |
Kali |
|
Bột
gỉ |
74 |
15 |
2,5 |
0,5 |
|
Gỉ
phía gạch, màu tối |
85 |
3,5 |
6,0 |
0,5 |
|
Gỉ
phía vỏ thép, màu sáng |
85 |
3,3 |
6,5 |
0,5 |
|
Mẫu
ở đáy viên gạch chịu lửa |
56 |
13 |
5,5 |
1,0 |
Bảng 2.
Phân tích vi lượng 3 mẫu lấy xung quanh một vị trí (% khối lượng)
|
Gỉ
sắt |
Sắt |
Lưu
huỳnh |
Clo |
Kali |
|
Bột
gỉ |
64 |
14 |
12 |
6,5 |
|
Gỉ
phía gạch, màu tối |
64 |
1,5 |
19 |
|
