水煤浆气化炉煤渣对高铬砖侵蚀的热力学模拟

为了研究水煤浆气化炉工作过程中煤渣对高铬砖的侵蚀机制,对不同性质气化炉渣对高铬砖的侵蚀进行了热力学模拟计算。结果表明,酸性渣和碱性渣对高铬砖具有不同的侵蚀机制:酸性渣与高铬砖作用生成Fe Cr2O4相,且酸性渣不溶解砖中的Al2O3;碱性渣与高铬砖作用后同时生成Fe Cr2O4和Mg Cr2O4相,碱性渣能够溶解高铬砖中的部分Al2O3,可能增加碱性渣对高铬砖的渗入深度。同时,对在酸性渣中使用后的气化炉用高铬残砖进行了显微结构和相分析,证明与热力学模拟计算结果相吻合,说明热力学模拟计算能够对气化炉渣与耐火材料的相互作用机制、化学反应、复杂的物相形成进行评价和预测。

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。

不同组成Al_2O_3-Cr_2O_3砖的抗熔融还原炼铁渣行为研究

为了研究 Al2 O3－Cr2 O3砖对熔融还原炼铁（HIsmelt 工艺）渣的抗渣性，选取市售 Cr2 O3含量（w）分别约为10％、30％、60％和90％的 Al2 O3－Cr2 O3砖（试样编号依次为 Cr10、Cr30、Cr60和 Cr90），模拟 SRV 熔融还原炉中耐火材料的抗渣行为，在 GB ／T 8931—2007的回转渣蚀法试验基础上，人为制造200～1600℃的温度波动进行抗渣性试验，以综合评价材料的抗渣性和抗热震性。结果表明：Cr10、Cr30、Cr60和 Cr90砖的抗渣侵蚀性能和抗热震性能均优异，而 Cr10、Cr30和 Cr90砖的抗渣渗透性差，Cr60砖的抗渣渗透性好；Al2 O3－Cr2 O3砖与渣中MgO、FeO 反应形成了致密的复合尖晶石层，提高了材料的抗侵蚀性能，基质中 Cr2 O3含量不同是造成试样抗侵蚀性差别的原因；Al2 O3－Cr2 O3砖的组成、结构和渗透层中固溶体的反应程度是影响材料抗热震性的主要因素。

Al_2O_3-Cr_2O_3砖显微结构对抗渣性能的影响

分别采用静态坩埚抗渣法和回转抗渣法,对w(Cr2O3)=10%的A和B两种Al2O3-Cr2O3砖进行了抗渣性能对比。结果发现:两种砖的化学组成、显气孔率、体积密度和抗热震性相近,B砖强度优于A砖的。但由于与B砖相比,A砖内部气孔尺寸更小,所用电熔白刚玉骨料形貌平滑,较为致密,粒度呈连续式分布,且A砖中Al2O3-Cr2O3固溶体发育较小,相互交错,形成了孔隙较小的空间网状结构,这种显微结构显著降低了熔渣对耐火材料的渗透和破坏,使A砖的抗渣性优于B砖的。因此,制备微气孔化结构的制品是提高Al2O3-Cr2O3材料抗渣性能的有效途径。

钨钼烧结炉用氧化锆制品损毁形式及机制分析

为提升高纯氧化锆制品在超高温环境下的应用性能,采用XRD和扫描电镜等手段对钨钼烧结中频炉用后氧化锆制品进行分析,探讨了其损毁机制。结果表明,2 000℃左右高温下,W或Mo蒸发、凝聚,沉积于氧化锆制品的气孔中,改变了其自身结构,温度变化时热应力开裂;W或Mo遇氧气氧化生成WO_3或MoO_3,进而与氧化锆晶格内的CaO稳定剂反应生成Ca WO_4和Ca MoO_4,稳定剂脱溶,导致氧化锆晶相失稳,由立方相或四方相转变为单斜相,升降温过程中,发生相变并伴随体积变化,使制品出现龟裂和断裂损毁;钨钼坯体在成型时采用了含碳结合剂,在还原性气氛烧结时结合剂高温分解成游离碳,并附着于氧化锆砖上形成局部强还原性气氛,将氧化锆碳化,进而与保护气氛中的N_2反应氮化,形成碳化锆或者碳氮化锆混合物,破坏氧化锆制品的显微结构,造成制品强度衰减。

含磷高铬砖在水煤浆气化炉上的损毁分析

对含有磷酸盐的高铬砖为内衬的GE水煤浆气化炉运行中开停车次数、运行时间等状况进行了实时跟踪,测量了不同运行阶段气化炉内腔直径,计算了残砖厚度,分析了高铬砖在整个运行周期内的损毁速率及用后残砖的显微结构、成分分布和物相组成等。结果表明:含磷高铬砖在水煤浆气化炉上的全周期服役的损毁速率具有非均匀性,表现为前期慢,中后期快,末期又变慢的特点;侵蚀、渗透和剥落是造成含磷高铬砖炉衬损毁的主要因素,在其服役的不同阶段由特定损毁因素主导是损毁速率不均匀的原因;高铬砖中的磷酸盐抑制了硅酸盐玻璃熔渣的渗透深度,减少了剥落,延长了炉衬寿命。

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。

骨料密度对高纯氧化锆制品性能的影响

为了提高氧化锆制品的综合性能,设计了配料组成中骨料分别为65%(w)的电熔氧化锆致密颗粒、45%(w)的电熔氧化锆致密颗粒加20%(w)的电熔氧化锆空心球、65%(w)电熔氧化锆空心球三种骨料密度不同的试样,经混料、液压成型、烘干后,分别在1650、1720和1800℃保温6 h制成w(ZrO_(2)+HfO_(2)+Y_(2)O_(3))≥99.0%的高纯氧化锆试样,然后检测试样的常温耐压强度、常温抗折强度、热导率、线膨胀率和高温压蠕变率,并分析试样的相组成和显微结构。结果表明:1)以45%(w)的电熔氧化锆致密颗粒加上20%(w)的电熔氧化锆空心球为骨料的试样的综合性能最优,在显气孔率增大、热导率减小的同时,其常温抗折强度、常温耐压强度和抗蠕变性并未显著降低,热膨胀性变化也很小;以65%(w)电熔氧化锆空心球为骨料的试样,虽然显气孔率进一步增大,热导率进一步减小,但其常温抗折强度、常温耐压强度和抗蠕变性均显著降低。2)最佳烧成条件为1720℃保温6 h。

电熔锆莫来石对Al_2O_3-Cr_2O_3耐火材料抗热震性能的影响

为研究添加电熔锆莫来石颗粒对Al_2O_3-Cr_2O_3耐火材料抗热震性能的影响,以电熔刚玉、电熔氧化铬、氧化铬绿和煅烧α-Al_2O_3粉等为主要原料,分别添加10%(w)的电熔锆莫来石颗粒和3%(w)的m-ZrO_2微粉,对试样进行水冷法抗热震试验、模拟开停车热震试验(2001 600℃)和常温物理性能检测,并重点研究了电熔锆莫来石颗粒对试样抗热震性能的影响机制。结果表明:添加电熔锆莫来石颗粒和m-ZrO_2微粉没有对烧后试样的常温物理性能和显微结构造成较大影响;添加电熔锆莫来石颗粒可以显著提高Al_2O_3-Cr_2O_3试样抗热震性能,效果与添加m-ZrO_2微粉试样的相同;电熔锆莫来石颗粒在烧成过程中析出的SiO_2相,增强了电熔锆莫来石颗粒与基质的结合程度,引导裂纹向电熔锆莫来石颗粒内部扩展,且电熔锆莫来石的共晶及多裂纹结构对裂纹的扩展起"分裂"和"吸收"等作用,从而使得添加电熔锆莫来石的试样获得优异的抗热震性能。

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。

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。

温度梯度对BaAl2O4结合氧化锆不烧制品性能的影响

以BaAl2O4胶黏剂为结合剂,以不同粒度的Y2O3稳定电熔氧化锆为主要原料制备了BaAl2O4结合氧化锆不烧制品,借助于X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能谱仪等,研究了在超高温烘烤过程中温度梯度对BaAl2O4结合氧化锆不烧制品的性能、相组成和显微结构的影响。结果显示:1)高温烘烤过程中,温度梯度显著影响着BaAl2O4结合氧化锆不烧制品各部位的常温物理性能;随温度梯度从热端向冷端过渡,制品体积密度逐渐增大,显气孔率逐渐减小。2)温度梯度影响着制品各部位的相组成,当烘烤温度达到一定温度时,制品中的全稳定ZrO2发生脱溶现象;同时温度梯度影响着制品不同部位BaAl2O4的挥发迁移量,温度越高,BaAl2O4挥发迁移越彻底。3)温度梯度改变了制品各部位的显微结构,随温度梯度从热端向冷端过渡,制品结构由疏松逐渐变得致密。

水煤浆气化炉用耐火材料抗渣性试验方法的研究进展

简要介绍了抗渣性试验方法的研究现状,分析了静态坩埚法、回转抗渣法和高温滴渣法的优缺点及其相关方面的研究工作。在现有抗渣性试验方法的基础上提出了一种多因素模拟试验方法,该方法更接近于水煤浆气化炉的工况条件,对水煤浆气化炉用耐火材料的选材和研发具有更准确、更可靠的指导意义。

模拟煤气化炉气氛下酸性渣对Si3N4–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Si3N4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Si3N4–SiC材料的侵蚀机理。结果表明：实验条件下,熔渣中的FeO与Si3N4–SiC材料发生氧化还原反应,在试样表面形成C、Si、Fe合金;Si3N4–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,Si3N4–SiC材料不适合用做水煤浆气化炉内衬材料。

基于热膨胀性质的ZrO_2固体电解质性能与相关系模型

ZrO2固体电解质室温下各相的相对含量、高温可相变量是决定材料抗热震性和导电性能的关键因素.固体电解质抗热震性与导电性能的匹配,对低氧含量下的钢水定氧起着重要作用.以此为前提,建立了电解质材料体系的抗热震性与室温相比例之间的线性模型,提出了其高温电导率与相变之间的演化模型.为制备用于测低氧活度的高精度冶金氧传感器提供参考依据。