含渣耐火材料在氣化爐中的應用

Jun. 2016REFRACTORIES & LIMEVol.41 No.3含渣耐火材料在氣化爐中的應用摘要:氣化工藝是指將原料碳、氧氣及水反應生產(chǎn)合成氣的過(guò)程，新氣化工藝技術(shù)將爐壁內襯的溫度降至了1 300C ,因此,從經(jīng)濟效益和生態(tài)效益出發(fā),目前使用的高鉻材料可被無(wú)鉻材料所取代。本研究將含有不同褐煤灰含量的氧化鋁質(zhì)澆注料在不同氣氛中燒成,并在與氣化工藝類(lèi)似的工況條件下通過(guò)熱力學(xué)性能、相組成和抗熱震性進(jìn)行了分析。發(fā)現含11%煤灰并在還原氣氛中燒成的試樣,其力學(xué)性能和抗渣性能較好,在1 400C下作為氣化爐內襯爐壁使用很有發(fā)展前景。關(guān)鍵詞:氧化鋁質(zhì)耐火材料;抗熱震性;侵蝕;氣化中圖分類(lèi)號: TQ175.719文獻標識碼: A文章編號: 1673-7792 (2016) 03-0054-08在實(shí)驗室條件下,氧化鉿、鉿硅酸鹽、硅酸鋯具有較1介紹.好的抗侵蝕性。此外,還研究了垃圾焚燒爐中使用化石燃料,如天然氣和原油- -般用于發(fā)電,但也的SiC材料的侵蝕機理和耐火材料在此工況下的反可以作為基礎的工業(yè)材料使用。未來(lái)由于化石燃料應。的需求量將會(huì )不足,煤作為碳源將走向前列，使用焦新型的氣化工藝已經(jīng)發(fā)展至低的爐溫,其操作炭作為碳源的一種氣化工藝將是不可或缺的工藝過(guò)溫度在1300~14009C之間，這樣給經(jīng)濟型和生態(tài)程。以氣化爐為容器，褐煤等含碳材料、氧氣及水在友好型新材料創(chuàng )造了很大機會(huì ),這種材料要具備較1 300~1 600C、壓力約20~40bar還原氣氛下可生好的抗熱震性能,在高溫、還原氣氛、高堿度以及壓成合成氣。另外，新技術(shù)需要在今后的一段時(shí)間提力環(huán)境下具有較好的抗渣性。高效率、增加靈活性減少CO2排放,并保持氣化爐礬土是廣泛使用的廉價(jià)耐火原料,其以較好的的可持續性。機械性能、良好的抗酸堿侵蝕性著(zhù)稱(chēng),然而實(shí)驗結果在氣化過(guò)程中耐火材料內襯在高溫下保護著(zhù)氣表明,氧化鋁和褐煤渣會(huì )發(fā)生反應形成低熔相并導化爐鋼殼,使其免受熱震損毀、固態(tài)顆粒煤渣的磨致顯微結構的損壞。改善氧化鋁耐火材料抗渣侵蝕蝕、蠕變以及堿性和堿土金屬組成的熔渣的侵蝕。性能將是-一個(gè)較好的研究課題,可以加人褐煤渣制總的來(lái)講,耐火材料與這些組分的接觸引起了低熔成所謂的含渣耐火材料,作為在1 300C還原氣氛下物形成以及耐火材料向熔渣中的溶解或者熱面上結使用的內襯耐火材料,總的來(lái)說(shuō)含煤渣耐火材料是合相的溶解,導致耐火材料的剝落。這是因為耐火廢料中加人CaO SiO2 、Al203以及不同的堿性金屬材料與熔渣反應形成了新的固相,其密度較低、會(huì )導氧化物,然而,其特定的組成受到渣產(chǎn)生的工藝過(guò)程.致體積膨脹和大量耐火材料的不規則剝蝕。的影響,比如煉鋼中產(chǎn)生的渣含有重金屬鉻和釩,燃上世紀70~ 80年代,在氣化工藝中使用了大量煤或煤氣化過(guò)程產(chǎn)生的渣含有更多的堿金屬,硫和的耐火材料進(jìn)行評價(jià)試驗,主要包括硅酸鋁、高鋁、氧化鐵則取決于原煤的組成。目前有兩種生產(chǎn)含渣鉻-鎂鋁尖晶石、鋁-鎂、鋁-鉻和碳化硅材料等。試耐火材料的工藝:一種是在工藝中充填熔渣鑄造成驗研究和工業(yè)生產(chǎn)證明:由于氧化鉻在褐煤渣中具.磚,冷卻之后可做為廉價(jià)的基礎建筑材料;另一種是有較低的溶解度,只有內襯使用75% (質(zhì)量)的氧化來(lái) 自燃煤電廠(chǎng)過(guò)濾器的煤灰，Schiie 等研究了水泥鉻的材料才能較好的滿(mǎn)足要求,另一方面，氧化鉻與和火山灰混凝物,加入的煤灰改善了水泥抗氯化物渣中的鐵反應形成鉻鐵尖晶石可以封閉鉻磚的表及硫酸鹽的侵蝕性。面,阻止渣的進(jìn)--步滲透,但是,形成的鉻鐵尖晶石加入大量煤渣的耐火澆注料在高溫下的使用是層卻極易剝落。有前途的,尤其是化學(xué)成分上與褐煤渣相類(lèi)似的煤耐火材料中加人磷酸鹽化合物能改善其抗渣渣加入后耐火中國煤化工高,這是由 于性,并降低渣對材料的滲透。為了降低生產(chǎn)成本,提侵蝕介質(zhì)褐煤此氣化過(guò)程高其與環(huán)境的相容性,很多學(xué)者開(kāi)始研究無(wú)鉻材料:中耐火材料的|YHCNMH;頂件以。但定,這一理論是建立在2016年6月第41卷第3期耐火與石灰●55●實(shí)驗室條件下的,而且這種方法只適用于渣成分不熱震循環(huán)5次之后測試了殘余強度保持率。假設試會(huì )嚴重降低材料熔融溫度(形成低溶物)前提下的。樣是在還原氣氛下燒成的,急冷實(shí)驗的熱源來(lái)自于為了檢驗這一-課題的可行性,研究了氧化鋁材料在碳化床。另外采用含有CuKax衍射的X射線(xiàn)衍射儀還原氣氛下使用時(shí)的性能,尤其是熱力學(xué)性能。測試了4種樣條試樣的相組成。采用坩堝法研究其抗渣性能,加入30g酸性褐2材料和研究方法煤灰,分別于1300°C、3h 和1450熱處理;而且模為了制得不同的樣品,按照Fuak和Dinger的擬了氣化過(guò)程中渣從內襯壁上流下的過(guò)程,即“指粒度分布模型設計了各組成,列于表1。原料為:板.法試驗”,樣條旋轉著(zhù)浸人到充滿(mǎn)酸性褐煤灰的坩狀剛玉T60/64,臨界粒度5mm;活性氧化鋁和堝內,于1300°C保溫8h,轉速為4r.min-'CA270水泥;從燃煤電廠(chǎng)獲得的酸性褐煤灰(其組3結果和討論分列于表2)。樣品名稱(chēng)用褐煤灰含量和字母“A"表示,如,11A代表氧化鋁中添加11%褐煤灰,0A3.1 褐煤灰的特性代表純氧化鋁只加水泥不加人煤灰的情況。褐煤灰決定了含渣耐火材料的組成,應首先研究其對耐火材料性能的影響。本研究中所用到的褐表1含渣磚以及 純氧化鋁磚的組成/%煤含有大量的SiO2和CaO以及一些硫和鐵,還有試樣名稱(chēng)0A5A11A19A板狀剛玉88.083.075.067.0Al、Mg、C和其他未測出的痕量氧化物。表3是用衍活性氧化鋁9.12.0.14. 014.0射儀測出的相組成,主晶相是二氧化硅、氧化鈣、鈣水泥鐵石和硫酸鈣。圖1示出了≤5μm的褐煤灰的典褐煤灰.011.019.0添加物1.01.32.2.3型顯微晶粒形貌。水5.4. 74.54. 9表3用XRD方法測出的褐煤灰的物相組成%表2堿性褐煤灰的組成/%物相化學(xué)式含量二氧化硅33.9成分sFCeMN氧化鈣17.8含量17.7 8.8 1.4 22.2 2.6 0.5 0. 1鈣鐵石Ca2 Fe2Os16.3成分:Mn BT0痕量硫酸鈣CaSO411.8含量2.9 0.3 0.2 0.40.3 0.2MgO4.3赤鐵礦和磁鐵礦Fe2O3 + Fe30.3.4鈣鋁黃長(cháng)石Ca2 Al2SiOy為了研究樣品的密度、收縮、開(kāi)口氣孔率以及抗鈣長(cháng)石(Ca, Na)AlSi20, .0.7折強度,將試樣制成了40mm x 40mm x 160mm的試微斜長(cháng)石KAISi3O。0.5非晶形10.0塊;為了測試其抗熱震性制成了25mmx25mmx150mm的樣條;為了測試抗堿性,采用孔直徑45mm、高80mm的坩堝,將φ50mm x 50mm的圓柱形試樣置于其中測試荷重軟化溫度。在脫模和110C烘干之后,樣塊均在1 300C下燒成,通過(guò)爐內加入焦炭實(shí)現還原氣氛,入λ <1時(shí)的還原氣氛應該比較類(lèi)似于煤氣化過(guò)程中的實(shí)際情況。根據標準EN993-1,采用阿基米德法測試了試樣的開(kāi)口氣孔率,此外還測試了其燒成收縮率;根據標準EN993 -6,在200kN、加載速率0.15N.(mm2 .s)"、圖1褐煤灰的 顯微結構形貌支撐距離125mm條件下,測試了試樣的常溫抗折強度值;根據標準EN993-7,在1 3009C測試了試樣的3.2含渣耐少中國煤化工的一-個(gè)重要高溫抗折強度;根據標準EN993-8,測試了試樣的開(kāi)口氣孔j YHCNMHG荷重軟化溫度。為了分析抗熱震性,在950 ~ 25C性能,如果太高，診四加反出付從士,另一方面若太Jun. 2016●56.REFRACTORIES & LIMEVol.41 No.3 .低,雖然不會(huì )出現大量的渣滲透現象，但其抗熱震性量最大強度值達到40MPa,煤灰含量升高強度值將較差。降低。很顯然,11%煤灰含量時(shí)還原氣氛下燒成之從熱態(tài)顯微鏡下觀(guān)察,空氣氣氛下1 210C燒后的強度高于空氣氣氛下的強度,這種情況可解釋成、流動(dòng)氬氣氣氛下1280C燒成的含渣耐火材料有為空氣氣氛下由于較大的延伸導致的微觀(guān)結構缺陷所不同,說(shuō)明其對操作溫度很敏感。在氧化或還原較多,如再施加載荷缺陷將增長(cháng)甚至達到臨界尺寸氣氛下燒成的氧化鋁和煤灰會(huì )產(chǎn)生不同的反應機而損壞。由于對含煤灰耐火材料的強度要求較高,理。研究表明,氣化爐用無(wú)鉻耐火材料存在15%~另- -方面按照其室溫下的力學(xué)性能,11%煤灰含量18%的開(kāi)口氣孔率,圖2示出了在不同氣氛下燒成的試樣在還原氣氛下燒成為最優(yōu)組成。不同煤灰含量試樣的開(kāi)口氣孔率及其收縮率的關(guān)系圖,其中0A試樣顯示出較為正常的燒成收縮。隨著(zhù)煤灰含量的升高,收縮率及體積膨脹導致了肉眼可見(jiàn)的開(kāi)裂現象, > 11%煤灰含量的試樣開(kāi)口氣孔盛2率>20%,將會(huì )加劇渣滲透的機會(huì )。而伸縮率可解幕釋為:1 240C空氣氣氛下SO,組分排出,在還原氣o葉氛下含煤灰5%的試樣收縮率低,含煤灰11%的試樣不收縮,含煤灰19%的試樣則出現延伸,而且看A19A不到體積膨脹和裂紋生成,含渣耐火材料的開(kāi)口氣圖3不同燒成 氣氛下不同煤灰含量的試樣燒成后的孔率保持在17%左右,可以抵御渣滲透而且抗熱震;抗折強度性?xún)?yōu)良。體積穩定可以解釋為在1 300C以下還原氣化爐用耐火材料需要抵御高溫下高速氣體的氣氛燒成時(shí)SO2組分排出。磨蝕,可以通過(guò)高溫抗折強度這一指標得到表征。3.230表4列出了1300C下測得的含煤灰耐火材料的高3...解-25溫抗折強度,與含有62%氧化鉻、17%氧化鋁和2..12%鋯英石的高鉻磚在15009C下燒成的高溫抗折強度進(jìn)行對比,試樣的燒成氣氛為空氣或者是CO。各1.。o尿由表4可知,高溫抗折強度為5MPa,就足以抵抗高0.:速氣體所產(chǎn)生的腐蝕。由于含煤灰耐火材料的高溫0.(抗折強度較高,因此可以應用于最高溫度為1300C-0.:1A的氣化爐中。當然,1 500下含煤灰耐火材料的高圖2不同燒成 氣氛下不同煤灰含量的試樣的溫抗折強度低于高鉻磚的高溫抗折強度。開(kāi)口氣孔率及其收縮率的關(guān)系表4含煤灰耐火材料在1 300C燒成及高鉻磚( CAZ)力學(xué)性能對耐火材料尤為重要,可以通過(guò)常溫在1 500C燒成的高溫抗折強度耐壓強度(CCS)、常溫抗折強度(CMOR)等指標來(lái)試樣編號空氣中燒成/MPaCO中燒成/MPa)A14.512.2表征，一般耐壓強度是抗折強度的4~5倍。研究表5A7.69.8明,氣化爐用耐火材料的常溫耐壓強度為45MPa甚7.88.59A7.97.至更高，以抵御壓力和自重,對應的抗折強度約5.010MPa以上。圖3表明隨煤灰含量的升高,不同燒成氣氛下,純氧化鋁樣品在空氣氣氛下燒成抗折強由于煤灰中含有Si02、CaO,與純氧化鋁試樣相度約為20MPa,若在還原氣氛下燒成,其強度將稍微比,含煤灰耐火材料的熔融溫度較低,如表5所列。降低,在空氣氣氛下燒成之后的含煤灰樣品CCS最為了研究這i 中國煤化工欽化溫度,在大可達36MPa,其煤灰含量在5%左右,隨煤灰含量特定的氣氛條國化值。假設CNMH的升高強度降低。在還原氣氛下燒成,含11%煤灰試樣在空氣中死成城任(優(yōu) r死成,由表6可2016年6月第41卷第3期耐火與石灰..57.見(jiàn),煤灰的添加降低了試樣的抗高溫性能,Tos值明表7給出了1~5次熱震過(guò)程中試樣的殘余強顯減小。然而,在空氣中燒成的試樣其To.s值在約度情況,與圖3的試樣相比可見(jiàn),試樣遭受了較大的1 410C水平,與煤灰含量達19%無(wú)關(guān)。隨著(zhù)煤灰含強度損失。在兩種氣氛下,一-次熱震后,含煤灰的耐量的升高,在還原氣氛下燒成的試樣顯示出抗高溫火材料試樣殘余抗折強度有所提高,而高于11%煤性能的穩定減少。5%煤灰含量的試樣在還原氣氛灰量的試樣,殘余強度值又重新降低。0A試樣的抗下燒成，產(chǎn)生較高的抗高溫性。煤灰含量高于11%熱震性似乎不受氣氛的影響。相反，CO氣氛中燒的試樣在還原氣氛下燒成會(huì )導致荷重軟化溫度降成的含煤灰耐火材料試樣的抗熱震性有所提升,5低。然而11%煤灰含量的耐火材料應用于流化床次之后煤灰含量增加其抗熱震性改善顯而易見(jiàn)。氣化爐中，其在1 400以上的Tos值顯示出令人滿(mǎn)3.4 燒后的相變化分析意的性能。為了給出概覽,表8中列出了所有1 300C氧化還原氣氛燒成后試樣的主晶相,用Rietveld法作表5 CaO- -SiO2 -AI,O3三元系中各種化合物的熔點(diǎn)出計算。0A試樣空氣氣氛燒成后主晶相為剛玉和組份熔點(diǎn)/C痕量的β-Al203,而且與CaO反應生成了鋁酸二Al2O,2050鈣。加入煤灰后,CaO、SiO2與Al2O3反應,如5A試CaO2 570樣,首先Ca0與Al,O3反應生成了六鋁酸鈣(CA6),SiO21 713CaO.2Al2O(CA2)1 765SiO2與AI203 及殘余CaO反應生成了鈣長(cháng)石CaO .6A12O3(CA、)1 860(CAS2),且有少量的殘余Si02。所有成分與灰分完CaAl2Si2O% (CAS2;1553 .Ca2 AI[ AISiO,](C2AS)15 93全反應后,都含有90%的剛玉相。如果加入更多的煤灰,如11A,其相組成中CA6、SiO2和CAS2相增表6含煤灰耐火材料的荷 重軟化溫度(Tos值)加,而剛玉相則為80%左右。檢測到的鈣黃長(cháng)石相主要由CaO、Si02和Al20,組成,以及痕量的來(lái)自于試樣編號空氣中燒成/CCO中燒成/C0i 685煤灰的Na、Mg、Fe等元素。其他痕量元素用XRD5A1 440方法無(wú)法檢測到,有可能發(fā)生反應形成了鋁硅酸鈣111 4041 40719.1 410_1371混合相。19A試樣,Si02和CA。有少量增加,但是形成了更多的CAS2,空氣中燒成后,19A試樣含3.3抗熱震性70%的剛玉相,因此解釋了圖3中CA6的形成導致抗熱震性很重要,但是在選擇氣化爐的時(shí)候經(jīng)了強度值的升高。這是因為CA。的形成導致體積常被忽視,目前使用的致密高鉻磚其開(kāi)口氣孔率約膨脹而降低了常溫抗折強度,隨著(zhù)煤灰含量的增加為10%，是為了抵御渣的滲透和侵蝕。然而，致密CAS2也隨之增多,又反過(guò)來(lái)導致了強度降低。當結構很難承受頻繁的開(kāi)停車(chē),會(huì )導致材料裂紋的擴然,剛玉相含量降低,新相量增多,從而降低了荷重展，,這些裂紋不僅導致材料的損毀，反過(guò)來(lái)也會(huì )加劇軟化溫度。然而,Si02量隨煤灰含量的增加基本保渣滲透,因此,不僅要求較好的抗侵蝕性,而且需要持不變,可能是因為空氣中燒成試樣Tp, s值不變,反過(guò)來(lái)鈣長(cháng)石對荷重軟化溫度幾乎沒(méi)有影響。較好的抗熱震性,以滿(mǎn)足耐用性要求。0A試樣在還原氣氛和空氣氣氛下燒成的情況表7試樣的抗熱震性能僅成分有所不同,有一些CA。形成,且可見(jiàn)較少的1次熱震后殘余強度5 次熱震后殘余強度β-Al2Oz ,強度基本保持不變。隨著(zhù)煤灰含量的增/MPa加,5A試樣在CO氣氛下燒成之后含有剛玉相、CA2空氣中燒成0A3.3及少量的CAS2和β-Al2O3 ,很明顯少了CA;因此,7..11A7.在還原氣氛下燒成形成CA2而非CAo,主晶相中剛玉相就多。11A 試樣在CO氣氛下燒成也是有CA2C0中燒成5.3.無(wú)CA。,剛玉相% -而在空氣氣氣i,則有少中國煤化工9.2量CAS2 ,鈣黃沔黃長(cháng)石量、9.42.8MHCNMHG194.0CAS2、SiO2增加,止山咖工0元,而而CA2只是Jun. 2016●58●REFRACTORIES & LIMEVol.41 No.3在邊界增加。得到的結果表明了鈣長(cháng)石明顯影響了圖4給出了11A的試樣結構,空氣中燒成后,微觀(guān)結含煤灰耐火材料試樣的強度。11A 試樣在CO氣氛構中可見(jiàn)特性晶體形成,由EDX方法可知,由于下燒成,含有較少的CAS2,而在空氣氣氛下則較多。Al203和CaO的存在，形成了片狀和柱狀晶體的而且還原氣氛下Si02含量的連續增加可以解釋To.sCA。然而,可見(jiàn)到的柱狀短晶形成在CA。晶體的側值的連續降低。面。還原氣氛下燒成后,11A試樣沒(méi)有發(fā)現特性晶體。11A試樣顯示出最小的晶粒尺寸可達2μm,在高表8在1 300C氧化和還原氣氛下燒成后試樣的主晶相倍率下可見(jiàn)燒成效果良好。試樣編號主晶相/%空氣中燒成a-Al203(94) ,CaAl4O,[CA2](2)，0Aβ-Al20;(2)5Aa-Al203(91) ,CaAl2O1g[ CAo](6)a-Al20(80) ,CaAl201,[ CA,](13),11ACaAl2Si2Og[CAS2](4)a-Al203(71). ,CaAl201y[CA6](15),19ACaAl2Si2Og[ CAS2](8)co中燒成(a)氧化氣氛a-Al2O3 (94) ,CaAl4O2[CA2](3)a-Al2O3(95),CaAILO,[CA2 ](2)a-Al2O3 (88) ,CaAl4O,[CA2](4)a-Al2O:(80) ,CaAl2Si2Os[CAS2](7),鈣黃長(cháng)石(7)表9 11A試樣在空氣中和co氣氛中燒成后主晶相的密度、質(zhì)量摩爾分數和體積摩爾分數(6) co氣氛體積密度質(zhì)量摩爾分數體積摩爾分數相圖411A 試樣燒成后的顯微結構形貌/(g.em^3) /(g. molr1)/(cm-3. mol-)a-Al2O3102.025.56CA。3.78667.8176.72278.2100.7200 2_CA22.90260. 0_89. 66隨著(zhù)CA2的產(chǎn)生替代了CA。,解釋了圖2中低的延伸率和開(kāi)口氣孔率。以11A試樣為例，按空氣中燒成主晶相不同的摩爾體積計算,其含85%的剛玉相、13%CA。和4% CAS2,表9給出了總的摩爾體積為(a) 氧化氣氛47cm3 .mol-' ,而在CO氣氛中燒成,含88%剛玉相、4%CA2和3%CAS2,此時(shí)的摩爾體積為28cm'●mol'。雖然只是粗略計算主晶相,但也可以清楚的說(shuō)明,由于還原氣氛燒成后無(wú)CA。而是CA2 ,形成了較多的剛玉相。而空氣中燒成后形成的CA。會(huì )帶來(lái)大的延伸,也可引起宏觀(guān)和微觀(guān)的缺陷，如氣孔和裂隙。因此,還原氣氛下1 3009C燒成后,CA2的形成(b) co氣氛和SO2的排出,解釋了其體積穩定的原因。圖5 19A 試樣燒成后的顯微結構形貌3.5 結構分析不同的力學(xué)性能伴隨著(zhù)不同的微觀(guān)結構,為了19A試樣中國煤化寧燒成后可見(jiàn)識別其微觀(guān)結構,對燒后試樣的斷面進(jìn)行了SEM分典型的六邊形中國煤化一化鋁晶粒都I YHCNMHG析,不同氣氛下燒成的試樣力學(xué)性能基本相同。過(guò)度生長(cháng)。 通心D可度現日巧以山晶粒存在,低2016年6月耐火與石灰第41卷第3期倍下可見(jiàn)40μm直徑的大氣孔,但是未見(jiàn)到微觀(guān)或表現出了不同的抗渣性能,這意味著(zhù)渣與耐火材料宏觀(guān)的其他缺陷。含19%煤灰的耐火材料試樣在的化學(xué)成分的相似性很重要,而且加人少量的煤灰CO氣氛下燒成后無(wú)典型晶相,主要是氧化鋁、氧化就會(huì )對結果產(chǎn)生較大的影響。圖8(b)~(d)中可見(jiàn)鈣和二氧化硅,而且可見(jiàn)較多的10μm直徑的氣孔。侵蝕效果,不同灰含量的試樣基本都無(wú)侵蝕。此外,SEM結果證實(shí)了前面的分析?？諝庵袩珊髨D7(d)顯示出11A試樣坩堝和熔渣明顯的界面。形成了可見(jiàn)的CA。和CAS2,導致形成非均勻結構,產(chǎn)生較大的氣孔但是無(wú)裂紋。在CO氣氛中燒成后可見(jiàn)更加均勻的結構和小氣孔，這是緣于圓的和較小的晶粒。反過(guò)來(lái)還原氣氛下燒成可以降低開(kāi)口氣孔率并提高強度,另一方面強度的不同可以解釋為L(cháng)iemLem氣孔的形成、特定尺寸宏觀(guān)裂紋的出現等,但是沒(méi)有(a)0A(b) sa形成微裂紋。3.6抗侵蝕性一靜 態(tài)坩堝試驗抗渣性是非常重要的，煤灰中含有堿金屬和堿土金屬元素,和耐火材料反應并使其結構破壞，坩堝試驗法可以用來(lái)表征耐火材料的抗渣性能。坩堝試(0) icn(C) 11A(d) I9A驗中,在坩堝中裝人30g酸性的褐煤灰，其組成示于表2,并在1300°保溫3h,-方面在空氣氣氛下試.圖6空氣氣氛下1 300C保溫3h后的坩堝試驗,耐火材料試樣和渣的界面驗,另一方面為了使其與氣化工藝接近,首先坩堝在氮氣氣氛下加熱,之后以150L.h-' 的速度通人CO氣流,于1300°C保溫3h。約5min之后,侵蝕試驗的氣氛中就充滿(mǎn)了100% CO,此時(shí)煤灰熔融并與耐火材料反應后發(fā)生滲透。冷卻后切開(kāi)坩堝計算侵(6)蝕,由于渣不流動(dòng)，所以坩堝法也稱(chēng)作靜態(tài)法。(a) 0A試樣空氣氣氛(b)0A試樣co氣氛圖6為氧化鋁耐火材料及含煤灰耐火材料在空氣氣氛下燒成及坩堝試驗法后的侵蝕斷面。1 2409C時(shí)隨著(zhù)煤灰含量的降低,熔渣不僅向坩堝底部滲透而且向側壁也有滲透,從其灰色的表觀(guān)顏色改變來(lái)看，每種試樣均有滲透。與0A試樣相比,褐煤灰為1mm，()下(d)11%及以上的耐火材料均被渣溶解了一部分,可從(2) 11A試樣空氣氣氛(d) 11A試樣co氣氛坩堝拐角處的氣孔結構分析中看出。根據Bennett圖7 試樣侵蝕區域拋光后的光學(xué)顯微結構圖理論,應該可以以特殊方式來(lái)設計化學(xué)成分和微觀(guān)結構,以改善抗渣侵蝕性能。開(kāi)口氣孔率是最重要的性能。試驗可見(jiàn),隨著(zhù)開(kāi)口氣孔率的增加滲透加劇,5A試樣的開(kāi)口氣孔率為20%,但是滲透最少,從圖6(b)中坩堝拐角處的”6)殘留渣可以看出。開(kāi)發(fā)與侵蝕介質(zhì)化學(xué)成分相似的(a) 0A(b) SA耐火材料是有前景的,而根據Bennett理論設計的無(wú)鉻耐火材料具有較高的抗渣侵蝕性。圖8示出了CO氣氛下燒成后的試樣,在還原氣氛下渣的滲透擴展不明顯。圖7(b)和圖8(a)均顯示較高含量的渣滲透到坩堝底部,渣的滲透增加。Lem '中國煤化工向然而,在CO氣氛下燒成,侵蝕實(shí)驗沒(méi)有發(fā)現渣滲*CHCNMHG透。0A試樣和其他試樣具有相同的開(kāi)口氣孔率,但圖8CO氣氛下燒成后1300C保溫3h坩堝法抗渣結果Jun. 2016●60●REFRACTORIES & LIMEVol.41 No.3為了研究更高溫度的情況,11A試樣分別于空氣剛玉坩堝中充滿(mǎn)了渣并在1 300C下通人氬氣以防氣氛和CO氣氛下燒成,在1 450°C保溫3h(圖9),在止渣的膨脹,預熱之后將樣條浸人坩堝中并以4r.空氣氣氛中出現了渣和耐火材料之間破壞性的反min'的速度旋轉,8h之后樣條從渣中取出并冷卻，應，導致粗氧化鋁顆粒從基質(zhì)中剝離。在氧化條件測量分析侵蝕情況。指法試驗和旋轉渣試驗相比旋下,試驗溫度不能超過(guò)1 3009C ;在還原氣氛下,底部轉速度更快。侵蝕嚴重而且可見(jiàn)渣線(xiàn)。因此,含煤灰耐火材料的圖11表明,11A試樣在指法試驗抗渣后的情使用壽命用還原氣氛下的磨損來(lái)定義,只能用動(dòng)態(tài)況。由于空氣氣氛下燒成的樣條,其開(kāi)口氣孔率較腐蝕測試來(lái)檢測。此外,可見(jiàn)一個(gè)大的閃亮的珍珠高,所以渣滲透并和樣條反應生成了新相,新相的密狀物。此珍珠狀物的主要成分為FeS，漂浮在熔渣:度較低,所以出現了剝落現象。而在CO氣氛下燒上并和之連接在一-起。如果FeS接觸到耐火材料,成的樣條,其開(kāi)口氣孔率較低,所以并無(wú)大量渣的滲將會(huì )出現局部腐蝕。然而,此現象只發(fā)生在坩堝試透,只有約1mm深的熔渣線(xiàn)，說(shuō)明1 300°C還原氣氛驗中,因為渣的連續流動(dòng),此現象并不代表氣化時(shí)的下燒成的試樣抗渣性能良好。真正過(guò)程。為了比較高鉻磚和含煤灰耐火材料,高鉻磚在同樣條件下也進(jìn)行了坩堝法抗渣試驗,其中氧化鉻含量62%、氧化鋁含量17%、氧化鋯含量12% ,在CO氣氛下燒成,14509C保溫3h。試驗結果示于圖10,沒(méi)有渣滲透,看不到渣線(xiàn)。11A 試樣在1 450C、CO還原氣氛下燒成,顯示出了和高鉻磚幾乎相同的結果。[icm(間)icm(b1 (6)(a)空氣氣氛下燒成(b) co氣氛下燒成(日) 在空氣氣氛下燒成(6) 在CO氣氛F燒成圖9 11A試樣于1 450C燒成并保溫3h后的坩堝試驗結果圖11 11A 試樣在氬氣氣氛中于1 300°C保溫8h后的指法試驗結果坩堝法是含煤灰耐火材料在CO氣氛下燒成后的試驗情況,當然耐火材料的侵蝕也和不同的氣化爐有關(guān),比如氣化爐中的氣氛不僅是CO,還有H2、CO2和H2O等,它們都會(huì )和材料發(fā)生反應。而且,氣化爐中渣的化學(xué)成分也和CO氣氛下渣的成分有1cm所不同,比如SiO2、Na2O和K20等在高溫高壓還原圖10高鉻磚在1450C、CO氣氛下燒成并保溫3h后的坩氣化氣氛下，不可能是熱動(dòng)力學(xué)穩定的。因此,與CO氣氛下的實(shí)驗室試驗相比,氣化爐中還存在有堝試驗結果害氣體的侵蝕。為了研究SiO2、Na20和K,0等熱3.7抗侵蝕性一動(dòng)態(tài)指法試驗動(dòng)力學(xué)穩定性,采用Factage6. 2軟件進(jìn)行了計算。氣化工藝過(guò)程中,每小時(shí)約有5t的渣形成并流每種組分都是無(wú)限時(shí)間反應，而且出現了平衡。另過(guò)氣化爐內襯耐火材料熱面,采用指法試驗可以分- -方面,煤灰中含有Si02、Na20和K20,在1400C、析材料的渣蝕速率。制成25mmx25mmx150mm40bar典型的氣化氣每下出現個(gè)氣相和兩個(gè)渣的樣條,配方為11A試樣組成,在空氣氣氛和CO氣相,90% Na2O中國煤化工;而且所有的[HCNMHG氛下燒成,而后樣條固定于旋轉機構之上,大的致密K2O和SiO2均山心小1?？诖?，以應力學(xué)計算結果2016年6月耐火與石灰第41卷第3期為基礎,在氣化爐條件下K20 和SiO2二者穩定,由對其物理和力學(xué)性能,如開(kāi)口氣孔率、收縮率、力學(xué)渣侵蝕而產(chǎn)生腐蝕。相比而言,Na2O主要是在還原強度、荷重軟化溫度、抗熱震性以及抗渣性能進(jìn)行研氣體中與材料發(fā)生反應，或從氣化爐中隨氣體排出究,尤其是熱力學(xué)性能在還原氣氛下的變化尤為重并在冷卻區冷凝。為了研究坩堝法的試驗結果,使要,純氧化鋁試樣抗折強度低,這是將其作為氣化爐SiO2、Na2O和K20在100% CO氣氛、1 400C、1bar內襯材料的關(guān)鍵因素。加入煤灰之后抗折強度提高條件下進(jìn)行了計算,出現一個(gè)氣相和兩個(gè)渣相,而且但荷重軟化溫度降低?？偟膩?lái)說(shuō),燒成過(guò)程中形成還存在氧化鐵,在實(shí)際的坩堝試驗中也有。93%的大量CAS2相引起強度損失,而且Si02含量的增Na20出現在氣相中,其余7%在渣相中,而且90%加可引起荷重軟化溫度降低。然而新設計的含煤灰K,0和100% Si02出現在渣相中。因此,以熱動(dòng)力耐火材料可滿(mǎn)足13009C高溫抗折的要求,可以抵御學(xué)計算為基礎,較少的Na2O和K,0在CO氣氛、蝕損和高速氣體的沖刷?？諝庵袩稍诩s1 240°C14009C、1bar條件下穩定,這就意味著(zhù)較少的Na2O時(shí)形成CA6,導致大的延伸率和高的開(kāi)口氣孔率，進(jìn)和K,0將侵蝕耐火材料,而且坩堝法過(guò)程當中,爐而加速了渣的滲透和蝕損。另--方面,1300%C還原內充滿(mǎn)CO流動(dòng)氣氛,此時(shí)氣相中的堿性氧化物將氣氛下形成的是CA2而非CA。,其體積穩定,所以試被帶出而不會(huì )產(chǎn)生腐蝕。樣的開(kāi)口氣孔率較低,因此渣滲透較少。而且還原氣化爐條件下不僅有渣蝕還有氣體侵蝕,為了氣氛燒成可以改善抗熱震性，在CO氣氛中燒成其研究含煤灰耐火材料在氣化爐氣氛高壓下的情況，開(kāi)口氣孔率的降低使得抗渣性得以改善,化學(xué)成分更進(jìn)一步的抗渣試驗將在氣化爐中開(kāi)展。上的相似又能降低侵蝕的驅動(dòng)力?？傊?，含煤灰5%~ 11%的耐火材料在CO氣氛下燒成具有較好的4結論力學(xué)性能抗熱震性以及較好的抗渣侵蝕性能,可以為了能夠提供-種氣化爐用的經(jīng)濟的環(huán)境友好應用于1 400C的工作環(huán)境。然而,為了研究其在氣的耐火材料,用其他耐火材料如氧化鋁系替代目前化爐條件以及高壓環(huán)境下的穩定性,應該進(jìn)行實(shí)際使用的高鉻磚。根據本文的研究,純氧化鋁質(zhì)澆注的氣化爐實(shí)際抗渣試驗,最終確定其能否取代高鉻料被改良并進(jìn)行了抗渣實(shí)驗,通過(guò)加入褐煤灰這種磚而成為經(jīng)濟的環(huán)境友好型的材料。其他行業(yè)的副產(chǎn)品,生產(chǎn)出了一-種含渣的耐火材料。這種耐火材料與侵蝕介質(zhì)化學(xué)成分上相似,理論.上李堅強編譯講這種磚可以降低侵蝕驅動(dòng)力。進(jìn)而研究發(fā)現,隨王曉陽(yáng)校收稿日期: 2016-01 -20著(zhù)不同的煤灰含量,在空氣和CO氣氛下分別燒成,(上接第53頁(yè))試樣AB3結論本文著(zhù)眼于耐火磚中Fe2O3、Al2O3 含量,進(jìn)行BEI了改善涂層附著(zhù)性的試驗,試驗表明耐火磚滲透相的Fe含量可能影響涂層附著(zhù)性。充分運用本次試Fe,O/%驗的結果,將以提高水泥回轉窯耐火材料的耐用性樣涂層未涂層為目標,進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。EI魏博編譯__Fe:0/王守權校圖3 Fe,O, 或ALO,含量不同試樣的SEM中國煤化工: 2016 -03-05MHCNM HG