SiC-CA6复合材料的抗煤渣侵蚀性能研究

来源 :中钢集团洛阳耐火材料研究院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:maidouqaz
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现代煤气化技术是煤炭清洁高效利用的关键技术,其中水煤浆气化技术占据50%以上。作为水煤浆气化技术的主要设备,水煤浆气化炉中应用最广的内衬材料是高铬材料(Cr2O3-Al2O3-ZrO2砖),Cr2O3是一种容易变价的氧化物,尽管Cr3+无毒,但Cr2O3在生产和使用过程中可能会转化成Cr6+,Cr6+会对水源、土壤及人体健康等产生不利影响。因此,研究开发无铬替代材料对水煤浆气化炉用内衬材料的绿色发展具有重要意义。SiC材料具有高熔点(2827℃)、高硬度、耐磨损、耐化学腐蚀等特点,而CA6材料的高温力学性能优良,在还原性气氛和碱性环境中的化学稳定性优良,SiC材料和CA6材料的复合可能是潜在的水煤浆气化炉用无铬材料之一。但目前对SiC-CA6复合材料的制备和性能提升,特别是对其能否抵抗气化炉渣的侵蚀等方面的研究较少。因此本课题以SiC-CA6复合材料为主要研究对象,系统研究了烧成温度对SiC-CA6复合材料的物相组成、力学性能及显微结构的影响;在此基础上选取性能较优的试样,采用静态坩埚法对SiC-CA6复合材料进行了煤熔渣的侵蚀实验,分析了煤熔渣对SiC-CA6复合材料的侵蚀机理;分别采用静态坩埚法和回转抗渣法对比了SiC-CA6复合材料与含铬材料(高铬材料、铬刚玉材料)和无铬材料(SiC-MgAl2O4复合材料)的抗渣性能。通过以上研究,可得出如下主要结论:(1)在埋碳气氛下,SiC-CA6试样的烧成主要受特定温度(1300-1650℃)下SiC氧化产物的影响;当烧成温度不超过1500℃时,SiC氧化产物主要为SiO2,部分SiO2会与基质中的CA6反应生成CAS2造成材料的膨胀与增重,试样未开始烧结,致密度和力学强度的变化不明显;当烧成温度高于1500℃时,试样中的SiC开始发生缓慢的活性氧化,质量减少,同时CAS2熔化为液相促进了试样的烧结,试样的显气孔率急剧减小,体积密度提高,试样的力学强度急剧增加;但当烧成温度高达1650℃时,因试样中SiC的活性氧化程度增大,以及新生成的CA6从液相中析出,使得试样的气孔率增加,致密度下降。综合对比认为1600℃是该复合材料较优的烧成温度,该温度下SiC的活性氧化较少,SiC-CA6复合材料具有较低的气孔率(16.1%),较高的体积密度(2.75 g·cm-3)和常温抗折强度(7.6 MPa)。(2)采用静态坩埚法(埋碳气氛,1500℃保温3 h)下对SiC-CA6复合材料进行了抗渣试验,结果表明高温下熔渣对SiC-CA6复合材料的侵蚀和渗透均不明显;显微结构分析发现,渣中的FeO被CO气氛和砖中的SiC还原,在渣/砖界面处生成Fe-Si合金,渗入试样的熔渣与SiC的氧化产物SiO2、基质中的CA6反应生成CAS2填充在试样的气孔中,使得反应层结构致密。由于渗入渣与砖中组分的反应改变了局部区域渣的组成和性质,抑制了煤熔渣向试样内部的渗透。(3)分别通过静态坩埚法和回转抗渣法对比了SiC-CA6复合材料与高铬材料、铬刚玉材料和SiC-MgAl2O4复合材料的抗渣侵蚀性能。1500℃的静态坩埚实验结果表明,4种材料均具有极好的抗熔渣侵蚀性能,除铬刚玉材料有微弱的侵蚀外,其他3种材料几乎未受任何侵蚀;而在抗熔渣渗透方面,SiC-CA6复合材料显著优于其他3种材料。1600℃的回转抗渣试验结果表明,SiC-CA6复合材料蚀损较为严重,分析原因可能是SiC-CA6复合材料的常温和高温力学强度相对较低,熔渣和气流的机械冲刷对其破坏影响更大;对残砖的显微结构分析表明,该试验条件下SiC-CA6复合材料仍表现出了比含铬材料更优异的抗渣渗透性能。
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