一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁鉻耐火材料廣泛的應(yīng)用于煤氣化爐、垃圾焚燒爐、有色金屬冶煉爐等高溫爐中。 其中，高鉻含量的鋁鉻材料更已成為難以替代的水煤漿氣化爐用內(nèi)襯材料。
[0003] 鋁鉻耐火材料在高溫爐中的服役環(huán)境復(fù)雜，同時承受著高溫和液態(tài)熔渣的侵蝕。 高溫爐在工作溫度下產(chǎn)生的侵蝕性熔渣主要組成包括Si02、Al203、Fe203、Mg0、Ca0以及其它 氧化物。由于鋁鉻耐火材料具有高連通性氣孔結(jié)構(gòu)，液態(tài)熔渣與鋁鉻耐火材料接觸后會沿 著氣孔滲透到材料內(nèi)部，引起耐火材料的溶解、組成和微結(jié)構(gòu)變化，產(chǎn)生裂紋和剝落等，從 而造成材料的損毀失效。由于鋁鉻耐火材料尤其是高鉻含量的鋁鉻材料價格昂貴，且損毀 后維修更換費(fèi)用很高，周期長，嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行狀況。因此，減少熔渣對鋁鉻耐火 材料的侵蝕，延長材料使用壽命是高溫爐連續(xù)、高效運(yùn)行的重要措施之一。
[0004] 目前，提高鋁鉻耐火材料抗?jié)B透性的方法多從材料本身著手，通過原料和微結(jié) 構(gòu)調(diào)控的方法，如加入納米粉（CN101955361A)、結(jié)構(gòu)微孔化（CN101935229A)、膠體浸漬 (CN101423415A)等方法。相關(guān)文獻(xiàn)報道，熔渣中FeO和MgO與鋁鉻耐火材料作用后會在材 料表面形成一層致密尖晶石結(jié)構(gòu)層，該致密結(jié)構(gòu)層在一定程度上能夠阻止熔渣的進(jìn)一步滲 透（郭宗奇，朱毓生.煤氣化爐渣對含Cr203耐火材料的侵蝕.材料科學(xué)進(jìn)展[J]. 1990， 4(1): 64~70)，且致密結(jié)構(gòu)層的形成與熔渣的組分有關(guān)（KanekoTK，ZhuJX，etal.The effectsofgasificationfeedstockchemistriesontheinfiltrationofslaginto theporoushighchromiarefractoryandtheirreactionproducts[J].Fuel. 2014， 115: 248~263h由此可知，鋁鉻耐火材料在使用過程中能夠形成自保護(hù)致密結(jié)構(gòu)層也是 一種提高其抗?jié)B透性的有效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法，使其能通過 向熔渣中加入添加劑改性熔渣，使其在反應(yīng)過程中能夠形成尖晶石結(jié)構(gòu)層，從而減少熔渣 的進(jìn)一步滲透，提尚耐火材料的使用壽命。
[0006] 本發(fā)明為完成上述目的采用如下技術(shù)方案： 一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法，高溫爐中的熔渣內(nèi)加入Μη氧化物，使Μη氧化物在高溫下改性熔渣，并使改性熔渣與鋁鉻材料中的Cr203、Α1203反應(yīng)形成MnCrAl204 和ΜηΑ1204尖晶石結(jié)構(gòu)層，工作溫度下改性熔渣中Μη的含量至少為15wt% ;工作溫度下改性 熔渣中（Mn+Fe+Mg)的含量至少為25wt% ;所述的Μη氧化物為此0、]?11〇2、]\111203、]\111 304中的一 種或多種。
[0007] 所述的熔渣中還加入有Fe或Mg氧化物；所述Fe或Mg氧化物為Fe0、Fe203、Fe304、 MgO中的一種或多種。
[0008] 所述鋁鉻耐火材料為氧化鉻含量彡50wt%的Cr203-Al203質(zhì)或Cr20341203_2抑 2質(zhì) 定形或不定形制品。
[0009] 所述的熔渣為（Mn+Fe+Mg)含量低于15wt%的熔渣。
[0010] 本發(fā)明提出的一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法，通過向熔渣內(nèi)加入Μη 氧化物，使Μη氧化物在高溫下改性熔渣，并使改性熔渣與鋁鉻材料中的Cr203、Α1203反應(yīng)形 成MnCrAl204和MnAl204尖晶石結(jié)構(gòu)層，從而減少了熔渣的滲透，提高了耐火材料的使用壽 命；為進(jìn)一步減少熔渣的滲透，在熔渣內(nèi)還加入有Fe或Mg氧化物，使得熔渣中（Mn+Fe+Mg) 含量至少為25wt%，足以使其在工作溫度下與鋁鉻耐火材料作用后形成尖晶石結(jié)構(gòu)層，包括 MnCr204、MnAl204、FeCr204、FeAl204、MgCr204或MgAl204;綜上，本發(fā)明提高了鋁鉻耐火材料的 抗熔渣滲透性，延長了耐火材料使用壽命。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明加以說明； 實(shí)施例1 :分析我國安徽某地區(qū)的工業(yè)煤渣的化學(xué)組分為：45. 31wt%Si02、20. 75wt%A1203、10. 41wt%Fe203、19. 51wt%Ca0、0. 89wt%MgO、1. 31wt%Na20、1. 05wt%K20 和 0· 77wt% Ti02。將以上煤渣進(jìn)行機(jī)械研磨，選擇分析純此02粉末做為添加劑，將加入添加劑的煤渣充 分混合均勻并預(yù)熔，調(diào)整后渣中Μη含量為20. 33wt%。將Cr203含量約為50wt%的Cr203-Α1203 磚制備成坩堝試樣，使用以上配比的渣按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度 為1600°C，時間為5h。對實(shí)驗(yàn)后試樣進(jìn)行分析，試樣最大滲透深度為12mm。
[0012] 實(shí)施例2 :將實(shí)施例1中的工業(yè)原渣進(jìn)行機(jī)械研磨，選擇添加劑為分析純MnOjP Μη304粉末，以及Fe203和Fe304粉末，將加入添加劑的煤渣充分混合均勻并預(yù)熔，調(diào)整后渣中 Μη含量為15. 09wt%，F(xiàn)e含量為15. 05wt%。將Cr203含量約為50wt%的Cr203-Α1203磚制備成 坩堝試樣，使用以上配比的渣按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度為1600°C， 時間為5h。對實(shí)驗(yàn)后試樣進(jìn)行分析，試樣最大滲透深度為10mm。
[0013] 實(shí)施例3 :將實(shí)施例1中的工業(yè)原渣進(jìn)行機(jī)械研磨，選擇添加劑為分析純MnOjP Μη203粉末，F(xiàn)e203粉末以及MgO粉末，將加入添加劑的煤渣充分混合均勻并預(yù)熔，調(diào)整后渣 中Μη含量為15.Olwt%，F(xiàn)e含量為15. 02wt%，Mg含量為4. 26wt%。將Cr203含量約為50wt% 的Cr203-Al203磚制備成坩堝試樣，使用以上配比的渣按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí) 驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度為1600°C，時間為5h。對實(shí)驗(yàn)后試樣進(jìn)行分析，試樣最大滲透深度為8_。
[0014] 實(shí)施例4 :將實(shí)施例1中的工業(yè)原渣進(jìn)行機(jī)械研磨，選擇添加劑為分析純Μη02、 Μη203和Μη304粉末，將加入添加劑的煤渣充分混合均勻并預(yù)熔，調(diào)整后渣中Μη含量為 20. 33wt%。將Cr203含量約為86wt%的Cr203-Al203-Zr02磚制備成坩堝試樣，使用以上配比 的渣按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度為1600°C，時間為8h。對實(shí)驗(yàn)后試 樣進(jìn)行分析，試樣最大滲透深度為8mm。
[0015] 實(shí)施例5 :將實(shí)施例1中的工業(yè)原渣進(jìn)行機(jī)械研磨，選擇添加劑為分析純Μη203和 Μη304粉末，以及Fe203和Fe304粉末，將加入添加劑的煤渣充分混合均勻并預(yù)熔，調(diào)整后渣中 Μη含量為 15. 09wt%，F(xiàn)e含量為 15. 05wt%。將Cr203含量約為 86wt% 的Cr20341203-2抑 2磚 制備成坩堝試樣，使用以上配比的渣按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度為 1600°C，時間為8h。對實(shí)驗(yàn)后試樣進(jìn)行分析，試樣最大滲透深度為5mm。
[0016] 實(shí)施例6 :將實(shí)施例1中的工業(yè)原渣進(jìn)行機(jī)械研磨，選擇添加劑為分析純Μη02、 Μη203和Μη304粉末，F(xiàn)e203和Fe304粉末以及MgO粉末，將加入添加劑的煤渣充分混合均勻并 預(yù)熔，調(diào)整后渣中Μη含量為15.Olwt%，F(xiàn)e含量為15. 02wt%，Mg含量為4. 26wt%。將Cr203 含量約為86wt%的Cr203-Al203-Zr02磚制備成坩堝試樣，使用以上配比的渣按照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn) 行靜態(tài)坩堝法抗渣實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)溫度為1600°C，時間為8h。對實(shí)驗(yàn)后試樣進(jìn)行分析，試樣最大 滲透深度為4mm。
[0017] 表1渣組成及對應(yīng)的坩堝法熔渣滲透結(jié)果
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法，其特征在于：高溫爐中的熔渣內(nèi)加入 Μη氧化物，使Μη氧化物在高溫下改性熔渣，并使改性熔渣與鋁鉻材料中的Cr203、Al203反應(yīng) 形成MnCrAl204和MnAl204尖晶石結(jié)構(gòu)層，工作溫度下改性熔渣中Μη的含量至少為15wt% ; 工作溫度下改性恪渣中（Mn+Fe+Mg)的含量至少為25wt% ;所述的Μη氧化物為ΜηΟ、Μη02、 Μη203、Μη304中的一種或多種。2. 如權(quán)利要求1所述的一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法，其特征在于：所 述的恪渣中還加入有Fe或Mg氧化物；所述Fe或Mg氧化物為Fe0、Fe203、Fe304、Mg0中的一 種或多種。3. 如權(quán)利要求1所述的一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法，其特征在于：所 述錯絡(luò)耐火材料為氧化絡(luò)含量多50wt%的Cr203-Al203質(zhì)或Cr203-Al203-Zr02質(zhì)定形或不定 形制品。4. 如權(quán)利要求1所述的一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法，其特征在于：所 述的熔渣為（Mn+Fe+Mg)含量低于15wt%的渣。
【專利摘要】本發(fā)明屬于耐火材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法。提出的一種提高鋁鉻耐火材料抗熔渣滲透性的方法，高溫爐中的熔渣內(nèi)加入Mn氧化物，使Mn氧化物在高溫下改性熔渣，并使改性熔渣與鋁鉻材料中的Cr2O3、Al2O3反應(yīng)形成MnCrAl2O4和MnAl2O4尖晶石結(jié)構(gòu)層，工作溫度下改性熔渣中Mn的含量至少為15wt%；工作溫度下改性熔渣中(Mn+Fe+Mg)的含量至少為25wt%；所述的Mn氧化物為MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4中的一種或多種。本發(fā)明減少了熔渣的滲透；提高了鋁鉻耐火材料的抗熔渣滲透性，延長了耐火材料使用壽命。
【IPC分類】C04B35/66
【公開號】CN105330314
【申請?zhí)枴緾N201510899097
【發(fā)明人】趙世賢, 蔡斌利, 魯志強(qiáng), 孫紅剛, 李鵬濤, 王剛
【申請人】中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年12月9日