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Al2O3-Cr2O3固溶体颗粒对高铬砖性能的影响

文章编辑:耐火材料 发表时间:2020-03-18 浏览次数:
以颗粒形式将不同电熔Al2O3-Cr2O3固溶体加入高铬砖中的具体实验方案如表1所示。表中K1、K2、K3、K4、 K5、K6方案分别代表试样的骨料部分采用的为100%铝铬料、95%铝铬料、90%铝铬料、75%铝铬料、10%铝铬料和 0%铝铬料。

表1应用电熔Al2O3-Cr2O3固溶体颗粒实验方案

 
以颗粒形式将不同Al2O3-Cr2O3固溶体加入高铬砖中各样品的体积密度和显气孔率的变化情况。可以看出,随着加入的Al2O3-Cr2O3固溶体中Al2O3含量的增加,制品的体积密度先下降,然后在方案K6,即0 铝铬料时上升,相对应的,显气孔率则先上升,而后在0铝铬料时下降。在本部分的实验中,因制品的体积密度和显 气孔率除受烧结致密化程度的影响,也同样受颗粒本身性能的影响及不同化合物理论密度的影响,因而其对局部变化 趋势的预测不具有明显的作用。

以颗粒形式将不同Al2O3-Cr2O3固溶体加入高铬砖中各样品的冷态强度。可以看出,常温抗折 强度和常温耐压强度有相同的变化趋势,即先下降后上升,在方案K4处,即颗粒为75铝铬料时,分别达到最小值23.8 MPa和126.3MPa。颗粒为0铝铬料和100铝铬料的方案K6和方案K1的强度分别为所有试样里面的最大值和次最大 值,分别为42.8MPa、192.9MPa和30.4MPa、172.1MPa,制品的物理性能差异非常显著。

高铬砖中以颗粒形式加入不同Al2O3-Cr2O3固溶体的各样品组的高温抗折强度变化趋势显示中。显示了加入75铝铬料颗粒的方案K4的高温抗折强度最低,为15.5MPa,显著低于100铝铬料的方案K1的24.5MPa和0 铝铬料的方案K6的24.2MPa,高温抗折强度呈现了先下降后上升的趋势。

高铬砖中以颗粒形式加入不同Al2O3-Cr2O3固溶体的各样品组的热震后残余抗折强度保持率先下降后 上升,在加入75铝铬料颗粒的方案K4处达到最小值。

Al2O3-Cr2O3固溶体颗粒对高铬砖性能影响的各方案静态抗渣剖面。对比各方案可以明显看出,从方案 K1到方案K5残余渣层的厚度逐渐减小并消失,而到方案K6是又显示出有明显的渣层,残余渣层厚度达到平均1mm左 右。显示了Al2O3-Cr2O3固溶体颗粒对高铬砖性能影响的各方案抗煤熔渣侵蚀性能的好坏。各方案的渗透面积百分率P的数值,从宏观上说明各方案抗煤熔渣侵蚀的能力好坏,从方案K1到方案K5渗透面积百分率 从10.1%增加到19.4%,然后在方案K6处下降,下降到13.3%。

图7是Al2O3-Cr2O3固溶体颗粒对高铬砖性能影响的方案K1、K3、K5和K6的静态抗渣试验后距渣面距离不同S i、Ca、Fe元素含量的分布结果。对比方案K1、K3和K5,可以看出,煤熔渣中的SiO2、CaO和Fe2O3这三种成分的 渗透深度和渗透量是从K1到K5逐步增加的,以SiO2、CaO和Fe2O3这三种成分的渗透深度为例,方案K1分别为2m m、3mm和1.5mm,而方案K5分别为7mm、7mm和2.5mm,渗透深度的增加非常显著;对比方案K5和K6,可以看 出,方案K6的SiO2、CaO和Fe2O3这三种成分的渗透深度和渗透量都较小,同样以渗透深度为例,方案K6分别为5m m、5mm和2mm,明显小于方案K5相对应的值。结合不同Al2O3-Cr2O3固溶体颗粒对高铬砖显气孔率的影响趋 势,可以得出结论,反映出高铬砖的显气孔率是决定煤熔渣中的SiO2、CaO和Fe2O3这三种成分的渗透深度和渗透量 的关键因素之一。

氧化铬含量的降低并不是导致高铬砖各项物理性能下降的原因,其各指标的变化趋势是其烧结程度致密化不同造 成的。

除各样品组的体积密度和显气孔率受其它因素的干扰而呈现略微不同的趋势外,高铬砖中以颗粒形式加入不同Al 2O3-Cr2O3固溶体的各样品组的冷态强度、高温抗折强度以及热震后残余抗折强度等均表现为相同的变化趋势,即先 下降后上升,并在使用75铝铬料颗粒的方案K4处达到最小值。从这些分析可以看出,其变化趋势是与理论预测相符合 的,即混合熵的增加使吉布斯自由能的降低量较小,不利于烧结的有效进行。

从区位配置差异化高铬砖的角度分析,相对于K1和K6,其它方案的样品无论以显气孔率、体积密度表示的烧结 性能,还是热震稳定性,或者抗渣侵蚀性等使用性能,均呈现下降状态,因此无法应用;然而K6相对于K1,虽然抗渣 侵蚀性有降低,然而常温抗折强度、常温耐压强度等各种强度以及热震稳定性均有提升,因此结合第二及第三章的分 析,该方案可以使用在德士古气化炉的锥底部位,或者四喷嘴对置式气化炉的筒体上部及锥底部位。

以K6方案生产的向火面砖使用在德士古气化炉锥底位置,原始锥底使用寿命约为6500小时,经过试用,寿命提 高将近1000小时,达到了7564小时。同时,在四喷嘴对置式气化炉锥底位置的工业化应用也取得了类似的使用效 果。因此,加入0铝铬料颗粒的高铬砖使用在气化炉的锥底位置对寿命的提高是有效的。

改善基质的烧结致密化程度可以显著改善制品的常温抗折强度和常温耐压强度等各项物理性能。从高铬砖的结构 组成及使用性能上来说,整个体系可简单划分为两部分:粒度大于1mm的骨料部分和粒度小于1mm的基质部分,因此材料的整体力学性能将可能是以下三部分的综合作用:(1)骨料部分的力学性能;(2)基质部分的力学性能;(3)骨料与基 质结合部分的力学性能。

K1和K6方案相同粒度骨料颗粒与基质结合部位烧结情况,可以看出,K 6方案的制品相对于K1,骨料颗粒与基质之间的结合较紧密,烧结致密度较高。通过K1和K6方案的对 比,可以发现,提高骨料与基质之间的烧结致密化程度可以改善制品的各项物理性能。K1和K6制品断口,从中可以看到,断裂并不是完全发生在基质部分或沿骨料颗粒边缘部分,而是横跨 基质部分和骨料部分的。

通过以上分析,可以得出结论,提高骨料颗粒的性能、改善基质部分的烧结情况或促进骨料颗粒与基质之间的烧 结致密化程度都会有利于提高高铬砖制品的各项物理性能。

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