[发明专利]用于制备耐火材料的材料混合物、耐火成型体及其制备方法

说明书

本发明涉及用于制备耐火材料的材料混合物。本发明还涉及用于高温气体反应器的耐火成型体，特别是用于燃气涡轮的热屏蔽元件，以及涉及耐火成型体的制备方法。

对于输送热气的高温气体反应器的壁，例如燃气涡轮装置中的燃烧室的壁，它们的支承结构需要具有抵抗热气侵袭的热屏蔽。热屏蔽可以例如通过实际燃烧室壁的热气衬里，例如以陶瓷热屏蔽的形式提供。这种类型的热气衬里通常由多个金属或陶瓷热屏蔽元件构成，它们为燃烧室壁表面的衬里。由于陶瓷材料的耐高温性、耐腐蚀性高和导热性低，陶瓷材料相比较金属材料而言更适合构成热气衬里。陶瓷热屏蔽(Hitzeschild)例如记载于EP 0 558540 B1中。

因为材料一般都具有热膨胀特性并且操作过程中通常会出现温差(例如燃气涡轮设备停工时的环境温度和全负荷时的最高温度之间)，由于依赖于温度的膨胀的原因必须确保热流动性、特别是陶瓷热屏蔽的热流动性，从而不会因为依赖于温度的膨胀的阻碍而产生破坏热屏蔽的热应力。为此，在各个热屏蔽元件之间存在膨胀缝(Dehnspalt)以允许热屏蔽元件的热膨胀。出于安全原因，膨胀缝即使在最高温度的热气时也从不完全闭合。因而必须确保热气不经膨胀缝流至燃烧室的支承壁结构。为了阻隔膨胀缝以防止热气进入，经常用流向燃烧室内部的阻隔空气(Sperrluft)进行冲洗。空气通常用作阻隔空气，其同时也用作冷却夹持热屏蔽元件的夹持元件的冷却空气，等等，结果导致在热屏蔽元件的边缘区域中形成温度梯度。通过用阻隔空气对膨胀缝进行冲洗冷却了限定缝的包围侧，即热屏蔽元件的冷侧(Kaltseite)。另一方面，热气的大量输入在热屏蔽元件的热侧(Heiβseite)上发生。因而热屏蔽元件的内部产生三维温度分布，其特征为热侧至冷侧以及热屏蔽元件的中心点至边缘的温度降差。因此，特别是在陶瓷热屏蔽元件的情况中，即使相邻热屏蔽元件间不存在接触，仍将在热侧上产生应力，其将导致形成裂纹，并因此不利地影响热屏蔽元件的使用寿命。

燃气涡轮燃烧室中的热屏蔽元件一般构成平面形状，并设置平行于支承结构。垂直于支承结构表面变化的温度梯度在此仅引起比较低的热应力，只要在安装状态的陶瓷热屏蔽元件可以无阻碍向前弯曲入燃烧室的内部即可。

平行于支承结构变化的温度梯度，如从热屏蔽元件外周表面至热屏蔽元件中心变化的温度梯度，将迅速导致热应力增加，这是由于平行其最大投影面的形变的片状几何结构的刚性。这将引起：因为外周表面的冷边缘由于其热膨胀较小受到经历较大热膨胀的较热中心区域的拉力。该拉力在超过材料强度时将导致形成从热屏蔽元件的边缘开始沿热屏蔽元件中心区域方向的裂纹。

裂纹减小了热屏蔽元件的承载截面。裂纹越长，热屏蔽元件的残余承载截面越小。燃气涡轮设备的操作过程中产生的机械载荷将导致热诱导裂纹加长，这将进一步减小残余截面且可能迫使更换热屏蔽元件。这种机械载荷例如在燃烧振动(例如燃烧废气中的振动)引起的燃烧室壁的振动加速时发生。

为了减小对阻隔空气的要求并因此减小热屏蔽元件中的热诱导应力，EP1302723A1提出在膨胀缝中提供流动屏障。这也可以减小边缘区域中的温度梯度。然而，引入流动屏障并非总是可能的，也增加了热屏蔽的复杂性。