水煤浆气化炉用耐火材料侵蚀机理研究
发布日期： 2019-06-26 08:29:20 阅读量（402） 作者：水煤浆气化炉工况条件十分复杂，引起内衬材料损毁的因素也很多，多因素的耦合相互作用，加速了内衬材料的损毁。因此，水煤浆气化炉用耐火材料使用寿命的优化以及无络材料的开发，都需要深入研究内衬耐火材料在气化炉环境下的损毁机制。目前国内外研究者做了大量工作，通过侵蚀试验和煤气化炉用后的残砖分析研究煤渣对高铬材料的侵蚀机理。
王晗等采用回转抗渣法研究了由不同Cr2O3含量的Cr2O3-Al2O3电熔颗粒料制成的Cr2O3-Al2O3砖的抗侵蚀性能，如图1所示。研究表明：电熔颗粒料的抗侵蚀性随Cr2O3质量分数的增加及颗粒尺寸的增大而增强;Cr2O3质量分数低的Crl5、Cr40、Cr50颗粒料侵蚀严重，颗粒中的Al2O3、Cr2O3直接向熔渣中溶解;Cr60颗粒料表面虽然形成了不完整的尖晶石层，但侵蚀依然严重;Cr2O3质量分数高的Cr99、Cr85颗粒料表面形成了完整的尖晶石层，侵蚀较弱。
图1 侵蚀后试样中颗粒料的SEM照片
孙红刚等采用静态坩埚法，研究不同气氛中高铬材料的抗煤渣侵蚀性。侵蚀后的显微结构如图2。研究表明：在空气气氛中，试样/熔渣界面形成了致密的(Mg，Fe)(Al，Cr)2O4尖晶石固溶体层，在一定程度上阻止了熔渣向坩埚内部的进一步滲透。埋炭气氣中，渣中的Fe2O3被还原成单质Fe,不能形成(Mg,Fe)(Al,Cr)2O4尖晶石固溶体，甚至Cr2O3被还原成金属Cr并从熔渣中析出，导致高铬材料被熔渣侵蚀严重。空气气氛中煤渣对高铬砖的侵蚀和渗透程度均比埋炭气氛中的小。
图2 不同气氛中渣蚀后试样不同渣蚀面附近的SEM照片
Guo,Zongqi等采用旋转抗渣法研究煤渣对含锆高铬耐火材料磨损速率和微观结构的影响。研究发现随着煤澄中CaO质量分数的增加，煤渣对耐火材料的侵蚀增加：随着Cr2O3质量分数的增加，耐火材料的抗侵蚀性增强，熔渣的渗透减弱。作者认为热化学剥落是Cr2O3含量为80%的耐火材料的主要侵蚀机理。闫双志等采用静态坩埚法研究了CaO含量对煤渣在高铬砖中渗透的影响，发现随着熔渣中CaO含量升高，熔渣粘度降低，在高铬砖中的渗透程度越来越严重;当渣中CaO含量超过32%时，熔渣对Cr2O3的溶解加剧。
Tetsuya等在CO/CO2摩尔比为1.8的还原气氛中用静态坩埚法研究不同气化炉渣对90%Cr2O3-10%Al2O3的材料的侵蚀机理，侵蚀后试样中形成了尖晶石固溶体层、渗透层。他认为尖晶石固溶体的组成与熔渣组成有关，尖晶石层可以减缓熔渣的渗透;粘度低的熔渣在试样中渗透更深。
HanBomKim等在CO/CO2摩尔比为20/80的还原气氛下，用静态坩埚法研究了Cr2O3含量为52.7%、Al2O3含量为24.6%、ZrO2含量为9.4%的耐火材料被煤渔侵蚀后微观结构的变化。研究发现，Cr2O3首先与熔渣中的FeO反应，在界面生成FeCr2O4，FeO消耗完后，熔渣中的Al2O3在Cr2O3颗粒周围形成(Al，Cr)2O3固溶体。Cr2O3的抗侵蚀性与颗粒的粒度和致密程度有关，粒度大致密程度高的Cr2O3颗粒抗侵蚀性好;ZrO2会溶解在熔渣中。
徐延庆等1921对水煤浆气化炉用高铬残砖显微结构进行了观察与分析，发现由试样表面到内部依次形成了反应层、渗透层。反应层内ZrO2完全被溶蚀，靠近界面的部分形成了致密的(Mg,Fe)(Al,Cr,Fe)204尖晶石固溶体层。他认为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Zr02的熔蚀。
齐晓青等研究了水煤浆气化炉用后的LIRR-HK90残砖，发现残砖中同样形成了反应层、渗透层。反应层靠近界面部分形成了致密的(Mg,Fe)(Al，CO2O4尖晶石固溶体层，但ZrO2晶粒镶嵌在尖晶石固溶体层中。她认为，尖晶石固溶体层能有效减弱熔渣对高铬砖的侵蚀。
吴芸芸等研究了水煤浆气化炉用Cr2O3-ZrO2-Al2O3残砖的显微结构，发现在熔渣/试样界面，基质向熔渣中溶解使基质结构变得疏松。熔渣向试样内部渗透形成渗透层，基质中的Cr2O3-Al2O3固溶体、ZrO2在熔渣中SiO2、CaO、P2O5的连续作用下，形成低熔相、锆英石和磷酸钙，并最终分解形成液相。
高振昕等分析研究了高铬残砖，同样发现，在馆渣/试样界面，基质被冲蚀，结构受损，没有发现明显的侵蚀产物，熔渣向试样内部渗透形成渗透层，渗透层中发现了ZrSiO4。齐晓青等研究了使用后的法国zirchnun%砖，发现zirchmm90残砖的表面基质侵蚀严重，基质中的Cr2O3晶粒被熔渣隔离成孤岛，ZrO2晶粒被溶蚀，Cr2O3也受到明显侵蚀，熔渣在砖中形成了15mm渗透层，她认为侵蚀会引起耐火砖化学组成改变最终导致材料剥落。
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