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解析刚玉砖

发布时间:2018-12-04 11:19 文章来自:http://www.zztynh.com/ 作者:天阳耐火材料/耐火
      刚玉砖是指氧化铝的含量大于90%、以刚玉为主晶相的耐火材料制品。拥有很高的常温耐压强度(可达340MPa)、高的荷重软化开始温度(大于1700℃)以及很好的化学稳定性,对酸性或碱性渣、金属以及玻璃液等均有较强的抵抗能力。刚玉砖分为烧结刚玉砖和电熔刚玉砖两种。可分别用烧结氧化铝和电熔刚玉作原料或Al2O3/SiO2比高的矾土熟料与烧结氧化铝配合,采用烧结法制成。也可用磷酸或其他黏结剂制成不烧刚玉砖。主要用于炼铁高炉和高炉热风炉、炼钢炉外精炼炉、滑动水器、玻璃熔窑以及石油化工工业炉等。刚玉砖所用原料是由氧化铝和氧化铬按一定比例配比,经过高温熔化合成的一种固溶体。采用特种耐火材料生产工艺制成耐火砖,可以改善和提高制品的内在质量,提高制品的高温性能。

      刚玉砖已广泛应用于高温、高压、化学侵蚀和机械磨损严重的石化热工装置中作内衬材料,随着石化行业生产技术的进步,生产中采用了很多新工艺和新技术,为使设备达到大负荷、长周期、低能耗、低成本的目的,除对各种热工设备进行改造外,还对各种热工设备的内衬材料提出了更高的要求,为此,开发了一种耐高温和抗侵蚀性更好的铬刚玉系列产品以满足石化行业的需求。

      刚玉砖的性能分析
      1、刚玉砖的耐火性能
      由Al2O3 - Cr2O3二元相图可知,Al2O3和Cr2O3能形成连续固溶体而没有低共熔物产生。因此,在高纯刚玉材料中加入Cr2O3,不论加入量多少,不仅不会降低材料的耐火性能,反而使材料的耐火性能有所提高。铬刚玉砖的耐火度(>1790 ℃)及荷重软化温度(>1700 ℃)均优于高纯刚玉制品。

      2、刚玉砖的强度
      高纯刚玉砖的常温耐压强度一般为70 ~ 100MPa,高性能铬刚玉砖的常温耐压强度一般>150MPa,其强度明显高于刚玉砖。这是由于制品在烧成过程中,其颗粒与颗粒之间、颗粒与细粉之间、细粉与细粉之间均形成了Al2O3 -Cr2O3 固溶体,该固溶体像桥一样把颗粒、细粉连接在一起,使材料的强度大大提高。

      3、热震稳定性
      据资料报道,在刚玉中加入Cr2O3,当Cr2O3含量为10 %~ 66 %时,材料的热震稳定性随Cr2O3 含量的增加而降低,即Cr2O3含量低的铬刚玉砖,其热震稳定性好于Cr2O3 含量高的铬刚玉砖。

      4、抗渣侵蚀能力
      各种耐火材料氧化物在熔融煤渣中的溶解度:Cr2O3在煤气化炉渣(SiO2 -CaO系)及各种玻璃熔体中的溶解度比其他氧化物材料的溶解度要小得多。因此Cr2O3或含Cr2O3的耐火材料具有良好的抗钢渣、有色冶炼渣、煤气化炉渣、油气化炉渣和各种玻璃熔体熔蚀能力。Cr2O3熔体或Cr2O3与炉渣反应生成的液相粘度比其他低熔物粘度大,这就有效阻止了熔渣沿毛细气孔向砖体内部渗透,避免因形成变质层而产生结构剥落。

      不同Cr2O3含量的铬刚玉砖与刚玉砖被玻璃熔渣侵蚀的深度不同。试验表明当Cr2O3<17%时,砖中Cr2O3含量愈高,玻璃熔渣侵入的深度愈浅。为了更进一步弄清气化炉熔渣对刚玉砖和铬刚玉砖的侵蚀情况,以坩埚法用气化炉渣样在1500 ℃下进行的抗渣试验表明:刚玉砖被熔渣严重侵蚀, 炉渣全部渗入砖中, 并沿砖内部气孔渗透到表面,砖变成褐色,几乎没有渣残留;铬刚玉砖几乎不被熔渣侵蚀,渣与砖表面没有明显的化学反应,内孔边缘与残渣界限分明, 残渣向砖内渗透很少,砖孔周围只形成约5~10mm厚的变质层,大量熔渣残存于坩埚孔内。通过理论分析及实践证明:铬刚玉砖抗气化炉熔渣的化学熔蚀及渗透性均比刚玉砖好,抗结构剥落性也比刚玉砖优越。

      在钢铁行业中使用,铬刚玉材质比刚玉材质使用寿命延长一倍以上,如钢包透气砖等;在有色冶炼行业使用,刚玉砖的耐磨性及抗侵蚀性明显优于其他砖种;在炭黑行业中,使用铬刚玉砖比相同条件下使用的刚玉砖寿命延长一倍。生产的AK型铬刚玉砖在炭黑厂的炭黑反应炉上使用,使用寿命已超过刚玉砖。在石油化工行业中,大、中型化肥厂气化炉内由于长期高温(1350 ~ 1450 ℃)、高压(3 .1 ~8 .53 MPa)、强还原气氛(CO +H2 +CH4)且气流速度大(约10 m·s-1),对炉衬耐火材料的侵蚀、破坏较严重、所以对炉衬耐火材料要求更高。高性能刚玉砖密度大,强度高,比刚玉砖更具抗气流冲刷能力并且耐磨性也更好。在刚玉砖中引入Cr2O3使制品的内在质量发生变化,使砖的抗熔渣侵蚀及抗渗透性显著提高,在气化炉上使用刚玉砖可以提高气化炉的使用寿命。