等离子体气化炉用耐火材料应具备的性能特点
发布日期： 2020-03-02 15:32:08 阅读量（951） 作者：刘梓明等离子气化炉在高温苛刻条件下使用，温度最高达到1700℃左右，使得熔渣为液相，粘性低，易对炉衬材料造成侵蚀。因此通常要耐火材料满足以下特点：①具备较高的高温强度和优良的耐磨性;②具备良好的体积稳定性;③具备优良的热震稳定性，以抵抗炉温的急速变化对炉内材料的破坏;④良好的耐高温气体侵蚀能力;⑤优良的抗渣侵蚀性。
耐火材料的使用取决于炉内的工况条件，如炉型、气氛、温度、炉渣的成份等，通常渣线和出渣的部位材料的侵蚀比较严重。含铬耐火材料，如Al2O3-Cr2O3和MgO-Cr2O3主要用于氧化气氛的熔融炉，而SiC和C-SiC则主要用于还原气氛的垃圾熔融炉。
图1各种耐火材料的侵蚀率与渣碱度的关系(非氧化性气氛)
图1是当渣碱度从0.5到2.0变化时，通过回转抗渣试验得出的炉渣碱度与耐火材料侵蚀率之间的关系。C-SiC质耐火材料在还原气氛中，不管碱度怎么变化都表现出了优良的抗侵蚀性能。尽管SiC质耐火材料随碱度的增加侵蚀率有少量增加，但在整个碱度变化范围内仍能表现出很好的抗侵蚀性能。作为氧化物耐火材料，Al2O3-Cr2O3材料在低碱度区域抗侵蚀性较好，而MgO-Cr2O3材料随渣碱度的增加，其抗侵蚀性增强。Al2O3-Cr2O3质耐火材料具有优良的耐侵蚀性，被广泛用于玻璃纤维、煤气化、垃圾焚烧、炭黑还原等行业，但其热震稳定性较差，易发生剥离损毁的现象。铝铬质耐火材料耐侵蚀性优良，是由于工作时Cr2O3向熔渣中的迁移，材料热面处Cr2O3含量降低，熔渣黏度增大，所以材料的抗渣渗透和侵蚀能力提高。针对等离子炉运转条件的苛刻化，最初是增加Al2O3-Cr2O3系浇注料的Cr2O3含量。但是，当运转温度超过一定值，或在处理物的碱度超过一定水平，碱含量增多时，便得不到期望的耐用性。在这种情况下，镁铬砖的应用就出现了。对于飞灰中生成的高碱性炉渣，宜使用Cr2O3含量更高的Al2O3-Cr2O3质耐火材料或者CaO-Cr2O3质耐火材料。炉渣中含有铁、铜混合物的情况下，镁铬质耐火材料的性能要优于铝铬质耐火材料。
表1是一些典型的MgO-Cr2O3质材料性能指标，这些材料的特点是在相当宽的渣碱度范围内都有较好的高温性能和耐侵蚀性能，特别是在高碱度区域抗侵蚀性好。但另一方面，因为MgO-Cr2O3质耐火材料有很高的热膨胀系数，且容易被渣渗透，因此其抗结构剥落的能力通常较弱。由于这些缺点的存在，MgO-Cr2O3质耐火材料不适合用于大容量且温度频繁变化的间歇式垃圾熔融炉里。为了提高含铬材料的热震稳定性能，人们制备出MgAl2O4-Cr2O3砖，研究其性能发现，Cr2O3含量为20wt%的MgAl2O4-Cr2O3砖比Cr2O3含量为50wt%的Al2O3-Cr2O3砖具有更好的抗渣性能与抗剥落性能，由于是以MgAl2O4为主要原料，并向配料中加入Cr2O3粉体生产出来的，制备工艺相对简单，且在烧成过程中MgAl2O4与Cr2O3反应形成高熔点MgO-Cr2O3-Al2O3固溶体，使得基质部分拥有更好的抗渣侵蚀性能与热震稳定性。
表1镁铬砖的主要性能
含铬材料由于抗渣性能优良而被广泛用于等离子体气化炉。但是，含铬材料在高温氧化气氛条件下与碱反应生成有剧毒Cr6+化合物，致癌，并会对环境造成严重污染，无铬化是垃圾焚烧炉衬材料重要发展方向。
镁铝尖晶石亦被用来取代含铬材料，然而在温度高、使用条件苛刻部位，其抗渣侵蚀性不如含铬材料。且含铬材料热导率较低，在等离子炬瞬间产生高温的情况下，容易产生损毁。SiC具有高熔点(2827℃)、高硬度、抗蠕变、耐磨损、耐化学腐蚀、热膨胀系数小、热导率高及电学性能优异等特点，是等离子体气化炉衬重要的耐火材料，日本自上世纪70年代开始使用，在还原气氛中有良好的抗渣侵蚀性及热震稳定性。另外，由于SiC材料具有较高的热导率，也适用于炉体的有效冷却。且SiC、C-SiC质耐火材料不论渣碱度如何变化都有非常好的耐侵蚀性能，所以适合在还原气氛下使用。然而，SiC致命的弱点是极容易氧化，氧化性气氛下SiC材料的熔渣损毁程度远大于还原气氛，且氧化产物SiO2与SiC基体膨胀系数不一致会导致热应力损毁。
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