不同气氛中高铬材料的抗煤熔渣性研究

采用静态坩埚法,分别在空气、氩气和埋炭3种气氛中对高铬材料进行了抗煤渣试验,采用直接观察、SEM观察、EDS分析等手段,对比分析了煤渣的侵蚀深度和渗透深度。结果表明:1)试验气氛主要影响煤熔渣对高铬砖的侵蚀程度,而对煤熔渣在高铬砖中的渗透程度影响较小;2)在空气气氛中,煤熔渣对高铬砖的侵蚀和渗透程度均比在氩气和埋炭气氛中的小;3)在氩气和埋炭气氛中,溶解在煤熔渣中的Cr2O3被还原成单质Cr并从煤熔渣中析出,使高铬材料中Cr2O3在煤熔渣中的溶解-还原-析出循环不断进行,高铬材料被熔渣严重侵蚀;4)综合比较,在氩气气氛中进行的静态坩埚抗渣试验是实验室评价高铬材料较为理想的抗渣试验方法。     

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。     

中间包镁质干式工作衬残衬分析

为了探讨中间包熔渣对中间包镁质干式振动料的侵蚀机理,采用化学分析、SEM、EDS、XRD等手段对现场使用40h后的中间包镁质干式工作衬残衬各层的化学组成、显微结构和相组成进行了分析。结果表明在中间包使用过程中,熔渣对中间包工作衬进行渗透;在渗透的同时,熔渣对干式料产生化学侵蚀,干式料对熔渣产生化学过滤作用,方镁石溶于熔渣,都提高了熔渣的熔点和粘度,在干式振动料-熔渣界面形成致密的结构,阻碍熔渣的进一步渗透;此后,熔渣对干式料侵蚀的主要途径是对界面致密层的溶蚀。     

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。     

中间包镁质干式振动料蚀损机理研究

采用相图分析了中间包溶渣对于式振动料的侵蚀机理,并用扫描电镜、能谱及X-ray衍射对中间包干式振动料残衬进行显微观察和分析.结果表明:在中间包使用初期,熔渣对中间包工作衬侵蚀的途径为渗透;在渗透的同时,熔渣对干式料产生化学侵蚀及干式料对熔渣产生化学过滤作用、方镁石溶于熔渣改变了熔渣的性质,提高了熔渣的熔点和粘度,在干式振动料/熔渣界面形成致密的结构,阻碍熔渣的进一步渗透;此后,熔渣对干式料侵蚀的主要途径是对界面致密层的溶蚀.     

水煤浆气化操作条件对高铬耐火材料的影响

水煤浆气化是在高温、高压、强还原气氛下操作的 ,其气体成分及煤熔渣成分对耐火材料产生严重的侵蚀和损毁。通过分析气氛、熔渣及操作条件对耐火材料的影响 ,将有助于延长气化炉用耐火材料的寿命     

改善水煤浆气化炉内衬耐火材料抗侵蚀性能的探讨

分析了水煤浆加压气化炉用高铬耐火材料被侵蚀破坏机理,高铬砖破损的主要原因是煤渣的渗透使高铬砖大块剥落。在此基础上,在保持较好的抗热震性前提下,提出了用浸渍处理的方法来提高高铬耐火材料抗煤熔渣侵蚀性的设想,并进行了初步试验,初步研究结果表明,该方法合理、有效。     

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。     

含钒气化熔渣对致密刚玉材料的侵蚀作用机理

高硫石油焦用于气化,可实现石油焦的高效清洁利用。煤与石油焦气流床共气化是石油焦气化应用的主要技术路线。石油与煤相比V元素含量较高,V元素易造成耐火材料的侵蚀,目前耐火材料正向无铬方向发展,含V熔渣对新型耐火材料的侵蚀研究还较少。选用一种典型气化用煤的煤灰,配入V₂O₅模拟石油焦与煤共气化灰,对具有广泛应用前景的刚玉耐火材料进行侵蚀试验,考察气化操作温度、V元素含量和侵蚀时间等因素对侵蚀程度的影响,利用XRD分析含V熔渣高温侵蚀过程中的矿物质变化,利用SEM表征含V熔渣和刚玉材料侵蚀过程中形貌表面变化,阐明含V熔渣侵蚀刚玉材料机理。研究表明：熔渣V元素在刚玉界面处形成钒铝尖晶石,熔渣中V元素与Al元素相互取代,形成相互反应层侵蚀材料表面,破坏了刚玉材料的表面致密性,导致熔渣中低黏度液相渗透加剧。随反应温度增加,V元素与刚玉中Al₂O₃反应加剧,熔渣与刚玉材料界面处形成的尖晶石颗粒变大,反应层致密性降低,加剧低黏度液相熔渣向刚玉材料渗透,导致刚玉材料侵蚀程度增加。V含量增加时,熔渣与刚玉材料的反应层厚度...     

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。     

Mo-ZrO_2金属陶瓷耐蚀性能与组成的关系

用金属Mo粉和ZrO2粉,在1600℃下烧结制备了Mo摩尔百分数分别为60%、50%和40%的3种Mo-ZrO2金属陶瓷试样.在Ar保护气氛下,分别用1550℃的IF钢和CaO-Al2O3-MgO预熔渣将3种试样侵蚀2h.用SEM分别比较了试样在钢液和熔渣侵蚀后断口形貌的变化,用EDS分析了钢液侵蚀后试样的边缘处、距边缘0.25,0.5和1mm处的元素组成.结果表明,Mo含量为40%的试样耐钢液侵蚀能力最强,随着Mo含量的增多,金属陶瓷耐钢液侵蚀性能逐渐减弱;Mo含量为60%的试样耐熔渣侵蚀性能较好,随着Mo含量的减少,金属陶瓷耐熔渣侵蚀性能逐渐减弱.     

SiC/SiAlON对原位SiC结合刚玉材料抗侵蚀性的影响

采用矾土基高铝刚玉为骨料,以电熔刚玉细粉、Si粉、SiC粉或SiAlON粉为基质料,用酚醛树脂为结合剂,试样于1450℃埋炭烧成后,制备了烧结良好的原位SiC结合刚玉复合材料;采用静态坩埚法研究了加入SiC或SiAlON对这种复合材料抗渣性的影响.结果表明:原位SiC结合刚玉材料具有良好的抗侵蚀性能,加入适量SiC或SiAlON后复合材料的抗侵蚀性进一步提高;原位SiC结合刚玉基材料抗侵蚀行为和机理为:熔渣侵蚀材料的过程是SiC和SiAlON等非氧化物先被氧化,然后其氧化产物SiO2和Al2O3与熔渣中的CaO和Al2O3以及材料基质中的Al2O3反应生成钙长石,材料被侵蚀;原位生成的SiC难被熔渣润湿,且填充在气孔中,堵塞了熔渣渗透的主要通道;加入SiC和SiAlON,材料中非氧化物的量明显增多,因此抗侵蚀性明显提高.     

模拟煤气化炉气氛下酸性渣对Si_3N_4–SiC材料的侵蚀及其机理

在回转抗渣炉内模拟气化炉1 500℃时的工作环境,进行熔渣对Si_3N_4结合SiC试样的动态侵蚀实验,利用扫描电镜观察侵蚀后试样的显微结构,并结合热力学模拟研究酸性煤渣对Si_3N_4–SiC材料的侵蚀机理。结果表明:实验条件下,熔渣中的FeO与Si_3N_4–SiC材料发生氧化还原反应,在试样表面形成C、Si、Fe合金;Si_3N_4–SiC试样发生活性氧化,形成气体和方石英,且方石英向熔渣中溶解;氧化反应改变了试样中气孔表面的结构组成,熔渣通过气孔向试样中渗透,在试样表面形成很薄的反应层。反应层的形成加剧了熔渣向试样中的渗透及试样向熔渣中的溶解。因此,Si_3N_4–SiC材料不适合用做水煤浆气化炉内衬材料。     

含TiC熔渣对MgO-C砖的侵蚀机制

为了有效回收钛资源和满足高温碳化—低温氯化工艺对耐火材料的要求,采用热力学计算、XRD和SEM等研究手段分析了高温碳化过程中含TiC熔渣对MgO-C砖的侵蚀机制。热力学计算结果表明：1)温度越高,熔渣的侵蚀能力越强,当温度低于1 560℃时,熔渣与MgO-C砖反应生成MgAl₂O₄、Mg₂SiO₄和MgTi₂O₄等高熔点物相,对MgO-C砖侵蚀较慢,但当温度高于1 560℃时,前期生成的高熔点物相逐渐溶解,从而对MgO-C砖侵蚀加剧;2)随着碳化反应的进行,熔渣中TiO₂含量降低,TiC含量逐渐增加,熔渣对MgO-C砖的侵蚀逐渐减弱。用后MgO-C砖的显微结构分析发现：镁碳砖的侵蚀机制是气氛中氧气与碳反应,形成气孔,熔渣中TiO₂和SiO₂等再与基质MgO反应先形成高温中间相,随着反应进行再形成低熔点相,导致MgO-C砖逐渐被侵蚀。     

钢包精炼渣对不同MgO基耐火材料的侵蚀研究

利用感应熔炼炉研究了低碱度钢包精炼渣对钢包渣线部位常用的3种MgO基耐火材料(镁碳、镁碳化硅、镁尖晶石)的侵蚀,同时利用黏度试验研究了耐火材料的基质组分与熔渣混合后形成新渣相的黏度变化。研究结果表明:1)低碱度炉渣在与MgO基耐火材料中的MgO接触过程中会形成低熔点物相钙镁橄榄石(CMS),与镁铝尖晶石接触会促进钙铝黄长石(C2AS)的生成而使渣黏度增加,处于熔渣区域的SiC被氧化成SiO2而提高渣的黏度。2)熔渣对耐火材料的侵蚀程度取决于熔渣和耐火材料之间的润湿情况,熔渣黏度的增加只是在一定程度上缓解了熔渣对耐火材料的侵蚀,反应层的耐火材料在钢水和熔渣的冲刷下仍会流失到熔渣中去。     

危废处置回转窑用典型耐火材料抗熔渣侵蚀性能研究

对比了危废处置回转窑用几种典型耐火材料铬锆刚玉50砖、铬锆刚玉30砖、铬刚玉砖、高铝砖、刚玉莫来石砖和铝铬碳化硅砖分别在1100和1300℃的抗熔渣侵蚀性能.结果表明:1)在1100℃侵蚀试验后,6组试样均表现出较好的抗侵蚀性能和抗渗透性能,试验后坩埚内都残留了大量熔渣.2)在1300℃侵蚀试验后,6组试样的熔渣侵蚀和...     

铝镁浇注料的抗渣侵蚀机理

采用静态坩埚法进行了铝镁浇注料的抗渣侵蚀试验 ,从动力学和热力学角度分析了铝镁浇注料的抗渣侵蚀机理。结果表明 :浇注料的熔渣侵蚀过程受化学反应和扩散的混合控制 ;熔渣侵蚀的表观活化能约为 4 2 4 .8kJ·mol- 1;渣中CaO与Al2 O3反应生成高熔点的CA6 ,抑制了熔渣的进一步侵蚀 ;渣中CaO含量的不断降低 ,使熔渣的粘度增大 ,渗透能力降低。     

不同碱度渣对刚玉-尖晶石浇注料的侵蚀行为研究

浇注料的抗渣侵蚀性能与钢渣的碱度密切相关。以烧结刚玉、缺陷尖晶石微粉、活性α-Al₂O₃微粉、电熔镁砂细粉和铝酸钙水泥(Secar71)为主要原料,制备了刚玉-尖晶石浇注料,采用静态坩埚法于1 600℃保温3 h进行抗渣试验,并用热力学模拟计算了液相量和液相组成,研究了刚玉-尖晶石浇注料对3种不同碱度渣(1.6、2.3和7.6)的抗渣侵蚀性能。结果表明：刚玉-尖晶石浇注料在高碱度渣中溶解能力有限,在熔渣-耐火材料界面极易形成尖晶石固溶体和六铝酸钙等高熔点物相,形成致密层阻挡熔渣渗透和侵蚀。而其在低碱度渣中溶解度较高,在浇注料-熔渣达到较高反应程度时,才开始形成尖晶石固溶体和六铝酸钙等高温相,无法形成有效的致密层阻止熔渣对浇注料的侵蚀和渗透。因此,刚玉-尖晶石浇注料对高碱度渣抗渣侵蚀能力较强,对低碱度渣抗渣侵蚀能力较弱。     

锆英石对铝铬锆砖抗侵蚀性能及六价铬形成的影响

铝铬锆砖因具有优异的抗渣侵蚀性能,被作为炉衬材料广泛应用于工作环境恶劣的危废焚烧炉。然而,铝铬锆砖在制备和服役过程中可能形成有毒的水溶性Cr(VI),相关研究工作却未见报道。本研究分别以单斜氧化锆和锆英石为氧化锆源制备了两种铝铬锆砖,研究了铝铬锆砖在四种不同组成危废焚烧炉渣中的侵蚀行为及熔渣侵蚀前后砖中Cr(VI)的含量。结果表明,锆英石高温下分解形成单斜氧化锆和无定形的二氧化硅,促进化学稳定性较好的(Al,Cr)₂O₃固溶体的形成,提高了铝铬锆砖的致密化程度,同时改善了铝铬锆砖的抗渣侵蚀性能。此外,生成的二氧化硅可以还原砖中Cr(VI)化合物,降低铝铬锆砖中的Cr(VI)含量。熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中Cr(VI)含量与熔渣成分密切相关。在被高碱性氧化物含量的熔渣侵蚀后,铝铬锆砖渗透层中的Cr(VI)含量较高,但锆英石作为氧化锆源的铝铬锆砖在不同熔渣中侵蚀前后的原砖层和渗透层内的Cr(VI)含量均低于欧盟限制标准。     

浸入式水口在钢连铸中的侵蚀

为了研究钢连铸中浸入式水口表面熔渣层处的侵蚀机理,对浸入式水口的的锆碳复合层进行了用后分析。考虑到在低碳钢连铸中所使用的典型的熔渣层成分的问题,进行了模拟试验,并将试验结果同工业化连铸中使用的不 同材料了比较。