侵蚀温度和煤渣脱碳对高铬材料抗侵蚀性的影响

为了研究侵蚀温度和煤渣脱碳对水煤浆气化炉用高铬材料抗侵蚀性的影响,取含碳和脱碳两种煤渣,采用静态坩埚法,在埋炭气氛中分别于1 450和1 600℃保温5 h对高铬材料进行侵蚀试验,检测试验后高铬材料的侵蚀渗透深度、脱锆层厚度,以及原砖层的气孔率和孔径分布情况,并分析了试验条件下熔渣系统的氧势。结果表明:1)随着侵蚀温度的升高,侵蚀后坩埚渣-埚界面坩埚侧表面的尖晶石层变薄,坩埚原砖层中气孔增多,孔径增大,抗煤渣侵蚀性下降。2)含碳煤渣对高铬材料的侵蚀较强,侵蚀后残渣中有金属相;脱碳煤渣对高铬材料的侵蚀较弱,侵蚀后残渣中没有出现金属相。3)经热力学分析,当采用脱碳煤渣时,试验过程中熔渣内部的氧势在10~(-9.25)MPa以上;当采用含碳煤渣时,熔渣内部的氧势为10~(-13)~10~(-15)MPa。     

不同煤熔渣对水煤浆加压气化炉用高铬砖的侵蚀

为研究不同煤熔渣对高铬砖的侵蚀机制,选取4种物理化学性能差异较大的典型气化炉用后煤熔渣,采用化学分析、XRD、SEM及EDS等研究了不同煤熔渣的性能及其对w(Cr2O3)≥90%的高铬砖的侵蚀、渗透情况。结果表明:气化炉中煤熔渣主要由SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO组成,但不同煤熔渣的化学组成差异较大,矿物组成及熔融特性温度也不同;在相同条件下,高铬砖侵蚀的主要影响因素是温度和熔渣的化学组成,随温度升高,煤熔渣对高铬砖的侵蚀急速加剧;煤渣中的熔融指数较低时,煤熔渣对高铬砖的侵蚀渗透较为严重;煤熔渣中低熔点相向材料内部渗透、渣中SiO2等对材料中ZrO2等的反应溶解是造成高铬砖失效的直接原因;高铬砖表面形成镁铝铬铁复合尖晶石致密层可以有效降低高铬砖的侵蚀程度。     

不同碱度煤渣对高铬砖侵蚀机理热力学分析

对国内碱度分别为0.50,0.78,1.43的3种典型煤渣灰,利用Factsage热力学计算软件进行计算分析,同时进行高铬砖坩埚法抗侵蚀试验。结果显示:碱度高的煤渣在高铬砖内渗透的距离更深;碱度0.50和0.78的渣和高铬砖的主要侵蚀反应为渣对基质的部分熔蚀,以及渣中FemOn、Mg O和砖组分形成复合尖晶石;碱度为1.43的渣和高铬砖的主要侵蚀反应为渣中FemOn、Mg O和砖组分形成复合尖晶石,同时渣中的Ca O和砖中的Zr O2和Cr2O3反应生成铬酸钙和锆酸钙。     

煤熔渣对SiC-MgAl_2O_4复合材料的侵蚀机制

为探索水煤浆气化炉炉衬材料的无铬化,以SiC颗料、MgAl_2O_4细粉、α-Al_2O_3微粉和MgO细粉为原料,在埋碳气氛下于1 650℃保温5 h烧成制备了SiC-MgAl_2O_4坩埚试样,并采用静态坩埚法在埋碳气氛下进行了1 500℃保温1 h的煤熔渣侵蚀试验,以研究高温煤熔渣对试样的侵蚀行为。结果表明:1) SiC-MgAl_2O_4材料经高温煤熔渣侵蚀后,煤熔渣沿着MgAl_2O_4基质渗入材料内部,产生明显裂纹; 2)煤熔渣中的Fe元素在试验条件下与材料中的SiC发生氧化还原反应,在试样表面形成金属Fe,SiC被氧化形成的SiO_2向渣中溶解,提高了熔渣黏度,从而抑制熔渣的进一步渗透; 3)煤熔渣对SiC-MgAl_2O_4材料的侵蚀机制主要包括向MgAl_2O_4基质的渗透和对SiC颗粒的氧化两个方面。     

真实服役环境与实验室模拟条件下高铬砖损毁形式的对比

通过对工业气化炉用后砖、回转抗渣实验后试样以及静态坩埚抗渣实验后试样宏观结构、显微结构及能谱分析,对比高铬砖在水煤浆气化炉真实服役环境和实验室模拟抗渣条件下损毁形式的不同。结果表明,高铬砖在真实气化环境中的损毁主要受:化学侵蚀、熔渣渗透以及热剥落三方面共同作用。实验室模拟条件下的两种抗渣实验结果在化学侵蚀和熔渣渗透方面与真实环境下的损毁机理较为一致,在热剥落方面与真实环境下的结果差异大。实验室抗渣模拟试验对评价气化炉用材料的抗渣侵蚀和抗渣渗透具有可借鉴性。     

还原气氛对高铬砖性能的影响

为了有效提高高铬砖的常温物理性能和抗侵蚀性能,延长其在水煤浆加压气化炉中的使用寿命,在埋炭条件下,分别于1350、1450和1550℃烧成高铬砖,并与1700℃空气中烧成试样对比,研究了烧成气氛(埋炭和空气气氛)对高铬砖体积密度、显气孔率、常温耐压强度和抗熔渣渗透性能的影响。结果表明:随着温度升高,高铬砖的显气孔率下降、体积密度增加,而1450℃埋炭烧成高铬砖的常温耐压强度最高,达到214MPa;埋炭能显著降低高铬砖的烧成温度和改善其显微结构;1450℃埋炭烧成高铬砖的抗熔渣渗透能力优于1700℃空气中烧成试样的。     

气化炉用后高铬砖的渣蚀机理

采用扫描电镜和XRD等分析方法,对石油焦气化炉和水煤浆气化炉用后高铬砖及渣蚀试验砖的显微结构进行了观察与分析。根据高铬砖显微结构变化,研究了在不同气化炉内高铬砖受熔渣侵蚀损毁的机理。结果表明:石油焦气化炉用高铬砖中的Cr2O3与熔渣中的V2O5接触反应,在低温下形成液相而被熔蚀,是其蚀损的主要原因;水煤浆气化炉用高铬砖蚀损的主要原因是Cr2O3在熔渣里的溶解和ZrO2的熔蚀;LIRR-HK95砖由于成分和结构的优化,抗石油焦渣侵蚀性能好。     

埋炭气氛对高铬材料烧结及抗侵蚀性的影响

以电熔氧化铬颗粒和细粉、α-Al2O3微粉、ZrO2微粉为原料,以磷酸二氢铝为结合剂,压制成型的试样在1 400、1 450、1 500、1 550和1 600℃,保温5 h条件下埋199石墨烧成,并进行性能测试,采用扫描电镜观察分析试样的裂纹、渗透层的形貌,并进行了XRD分析,判断埋炭气氛下烧成温度对高铬材料性能的影响程度。结果表明:埋炭气氛可以促进高铬材料的烧结,试样在1 500~1 550℃温度范围内可以烧结致密,且试样表层会生成反应层,但抗侵蚀试验后表面没有挂渣层,使试样的抗熔渣渗透性显著降低。     

煤熔渣对SiC-CA6复合材料的侵蚀机制分析

采用静态坩埚法,在埋碳气氛中对SiC-CA6复合材料进行了1500℃保温3 h的抗煤熔渣侵蚀试验,通过XRD、SEM、EDS等分析了煤熔渣对SiC-CA6复合材料的侵蚀机制.结果表明:1)在还原气氛下,SiC-CA6复合材料中未发现明显的侵蚀层,形成的渗透层较薄且比较致密,表明SiC-CA6复合材料具有较好的抗煤熔渣性...     

SiC结合刚玉材料的抗高炉渣侵蚀性

采用电熔刚玉、Si粉和SiC粉为原料,用酚醛树脂做结合剂,混练成型后于1 450℃埋炭烧成,采用静态坩埚抗渣试验研究了烧后试样对碱度为1.1的高炉渣在1 500℃的抗渣侵蚀性。结果表明:Si与C、CO在高温下原位反应生成纤维状SiC,形成原位SiC结合刚玉材料,该材料具有良好的抗侵蚀性能,渣蚀厚度都在2.6mm以下,其中,加入8%(w)Si粉和5%(w)SiC粉的试样抗渣侵蚀性最好。通过对抗侵蚀后试样的侵蚀层、渗透层和未变层的相组成和显微结构的分析认为:(1)这种复合材料抗渣侵蚀性能良好的主要原因是熔渣难润湿的SiC自身抗渣侵蚀性较好,且原位生成的纤维状SiC穿插在刚玉骨架结构的空隙中,阻挡了熔渣的侵蚀和渗透;(2)熔渣侵蚀材料的过程是SiC先被氧化,然后其氧化产物SiO2与熔渣中的CaO和SiO2以及材料基质中的A l2O3反应生成钙长石低熔相。