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铬刚玉的性能及应用

发布日期: 2021-01-13 11:03:55    阅读量(142)    作者:

铬刚玉的主要成分为Al2O3和Cr2O3,两者形成连续型固溶体,根据Al2O3-Cr2O3二元相图,向Al2O3单相材料中添加Cr2O3,不但没有降低材料的耐火度,反而耐火度随着Cr2O3含量的提高而升高。

在刚玉材料中添加Cr2O3,随着温度的升高,Al2O3和Cr2O3逐渐形成固溶体,使刚玉颗粒和基质紧密结合,进一步在刚玉颗粒表面形成环状的固溶带,使材料在高温下颗粒和颗粒之间,颗粒和细粉之间紧密结合,且结合相为铝铬固溶体相,熔点较高,即使在高温下依然保持结合强度,故铬刚玉质耐火材料均具有较强的常温力学性能和高温力学性能。

Cr2O3是耐火材料优质组分,可以与多种氧化物形成高熔点化合物。例如,Cr2O3与Al2O3可形成连续型固溶体,此固溶体的熔点2050℃以上;Cr2O3和MgO/FeO形成高熔点的镁铬尖晶石/铬铁尖晶石;Cr2O3与Cu2O可形成熔点在1600℃以上的化合物;Cr2O3与SiO2形成的低共熔物的熔化温度达1720℃;等。

此外Cr2O3还能提高熔渣的粘度,熔渣粘度的提高可减缓熔渣向耐火材料的渗入速度。综上,Cr2O3可提高耐火材料抗熔渣侵蚀性能和剥落性能。

铬刚玉的应用

铬刚玉因其特有的优良性能,广泛服役于环境比较苛刻的高温领域,包括有色冶金窑炉、玻璃熔窑、炭黑反应炉、垃圾焚烧炉等。铬刚玉发展之初,应用更为广泛,在水泥及钢铁冶金领域也多有涉及,但因人们环保意识的加强,高温工业无铬化的呼声越来越高,很多领域已经研发了替代产品,但是在一些服役环境较为恶劣的部位,依然存在着铬刚玉的身影。

含铬耐火材料由于其特有的性能,在有色冶金工业窑炉中使用效果良好,虽然现在很多学者在研究有色冶金领域用耐火材料的无铬化,但是至今为止,有色冶金领域使用含铬耐火材料作为冶炼炉衬仍是主流。例如:澳斯麦特铜熔炼炉用耐火材料不仅要经受熔体(SiO2/FeO系熔渣、铜液、铜锍)的冲刷和气相的侵蚀,还要克服由于喷枪的定期更换而产生的温度波动,服役环境恶劣,现阶段除含铬耐火材料外,尚未有性能更好的材料可替代。此外,在锌挥发窑、铜转炉、煤气化炉和炭黑反应炉等同样面临相同处境。

铝铬系耐火材料抗玻璃液侵蚀能力优于常规刚玉系或铝硅系耐火材料。故在受严重侵蚀的蓄热室小炉及靶墙部位、熔池部位等关键区域常应用铝铬系耐火材料作为内衬材料。

铝铬系耐火材料也常用于炭黑反应炉,包括:燃烧段、喉管段、反应段等。铝铬系耐火材料服役于炭黑反应炉超高温(1900℃)区域、还原性气体(C、CO、H2)及灰分的化学侵蚀区域和频繁温度波动区域等。故要求炭黑反应炉用铝铬系耐火材料应具备如下特点:1)高的耐火度、较高的荷重软化温度及较低的高温蠕变率;2)强还原气氛下的稳定性;3)较强的抗熔灰侵蚀性;4)较高的高温强度及抗冲刷性能;5)良好的抗热震稳定性。

垃圾熔融焚烧炉(灰熔炉)炉衬用耐火材料中,一般含有氧化铬的耐火材料表现出良好的耐侵蚀性能;当燃烧温度高于1250℃时,采用铬刚玉制品。垃圾熔融焚烧炉一般为氧化气氛,故不能使用抗氧化能力较差的C-SiC砖和SiC砖,而优选使用Al2O3-Cr2O3材料和MgO-Cr2O3材料。一般情况下,Al2O3-Cr2O3材料随碱度的提高,侵蚀速率增加,故主要用于碱度相对较低的熔融炉。

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