[发明专利]可应用于燃气轮机燃烧室的刚玉-莫来石烧成砖及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机燃烧室的耐火材料，特别涉及一种刚玉-莫来石烧成砖，一种用于烧制上述刚玉-莫来石烧成砖的方法以及应用上述方法得到的刚玉-莫来石烧成砖。

背景技术

热力发电(火力发电)是当前国内常规电源的主要来源，其依靠蒸汽轮机发电机组，提供工业和民用常用电源。而由于社会发展的需要，燃气电站越建越大，大装机容量、超大装机容量燃气轮机应用越来越多，对燃气轮机燃烧室、透平等使用的耐高温材料选用要求也逐渐苛刻。常规航空、船舶等使用中小容量燃气轮机由于燃气温度相对较低(600-1200℃)多采用具有高温抗氧化和抗燃气腐蚀的高温合金，如镍基合金，并喷涂相应防护涂层；而发电用重型燃气轮机由燃烧区流出高速高温燃气温度高达1600-2000℃，合金在此高温状态下根本无法使用，因此必须砌筑具有高耐火度和强度耐火材料对燃烧室进行保护，以延长燃烧室使用寿命。根据重型燃气轮机燃料、喷射燃烧的特点，要求相应耐材在具备一定抗酸性气氛侵蚀前提下，具有较高的耐火度、优异的抗冲刷性能和热震稳定性。现有技术中已经存在有以刚玉以及莫来石为原料烧制得到的烧成砖产品，但上述产品的缺点在于，其强度无法满足要求，为了提高其强度，尚需要在其中加入一些杂质颗粒，使得其耐火性有所下降。此外，现有的烧成砖的稳定性不高，特别是当杂质含量较高时，其稳定性较差，在急冷急热的环境中，容易造成烧成砖由燃烧室炉壁脱落等问题。

综合各性能要求，本发明选取抗酸性氧化物侵蚀良好且耐磨的刚玉、热震稳定性优良的莫来石作为主要原料，经高温烧成制备了一种新型刚玉-莫来石烧成砖，目的是提供一种具备强度较高且稳定、体积稳定性良好、满足重型燃气轮机燃烧室使用的刚玉-莫来石烧成砖。

发明内容

本发明针对现有技术中的刚玉-莫来石烧成砖的耐火性、强度、耐冲击等综合指标不满足要求的缺点，提供了一种刚玉-莫来石烧成砖以及相应的制备方法，可以制备一种满足重型燃气轮机燃烧室的使用环境的烧成砖，从而延长燃烧室的使用寿命。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

一种刚玉-莫来石烧成砖，至少由以下原料经混料、成型、高温烧结后得到，所述原料有质量百分比为30-40％的刚玉颗粒、35-45％的莫来石颗粒、余量为刚玉细粉和活性α-AL₂O₃微粉，其中，细粉和微粉具有相对颗粒更小的粒度。通常而言，还会包括适量的无机胶结剂，无机胶结剂为纸浆废液、铝溶胶、ρ-AL₂O₃或磷酸二氢铝中的一种，无机胶结剂加入量占刚玉颗粒、莫来石颗粒以及细粉总质量的1.5-3.0％。其中，使用上述原料烧制成的刚玉-莫来石烧成砖属于中偏酸性耐火材料，具有较好的抵抗酸性液态或者气态氧化物侵蚀的能力，对于重型燃气轮机雾化液态燃料燃烧后残留的含N、S、P等元素的高温、中性酸性气体具有较强的耐腐蚀性。骨料采用刚玉和莫来石，通过无机胶结剂，不会引入或只会引入痕量的杂质元素。不同粒度的刚玉颗粒和莫来石颗粒，以及刚玉细粉间可形成紧密堆积，产生有极高强度的结构，各种粒度刚玉微粉嵌入大颗粒刚玉莫来石颗粒的间隙，不仅可以促进烧结提高整体强度，还有利于调整刚玉、莫来石颗粒间的有效结合面积，尤其是在烧结过程中，刚玉细粉和活性α-AL₂O₃微粉会挤入大颗粒之间，且由于颗粒之间的摩擦和挤压作用，可以较大的提高颗粒和基质之间的有效接触面积，极大地促进了整体结构的强度，令烧成后的制品具有较好的强度、耐磨性能以及对冷热的极大的耐受力，足以满足燃烧室的高温气体对衬壁材料的冲刷磨损和急冷急热的需求。

作为一种可选的方案，于本申请的实施例中，所述刚玉颗粒为板状刚玉颗粒或者为至少掺有部分白刚玉颗粒的板状刚玉颗粒，其中，如果刚玉颗粒为掺有部分白刚玉颗粒的板状刚玉颗粒，则白刚玉颗粒的含量至少应当大于0。在刚玉颗粒中掺入一定量的白刚玉，可以增加最后制成品的强度，据统计，白刚玉的加入对于其高温下的强度具有较大影响，不同的比例对于强度影响稍有不同。进一步对刚玉-莫来石烧成砖的研究发现，不仅不同粒度的刚玉和刚玉、刚玉和莫来石颗粒的堆积可以提高其结构强度，不同结构的刚玉，例如白刚玉和板状刚玉颗粒的堆积，也可以提高其结构，由于白刚玉和板状刚玉的价格相当，因此将两者相掺和，可以在基本不提高烧成砖的成本的基础上，提高其结构强度，效果较好。