[发明专利]一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料

说明书

本发明属于耐火材料领域，提出一种碳化硅‑镁铝尖晶石复合的耐火材料。提出的一种碳化硅‑镁铝尖晶石复合耐火材料的原料包括骨料和基质；以碳化硅颗粒为骨料，采用镁铝尖晶石、氧化铝、氧化镁的细粉或微粉作为基质，基质中还加入有抗氧化剂；骨料、基质与结合剂混匀后成型，经干燥后在埋炭或氮气气氛保护下烧成得到一种以SiC为主晶相、镁铝尖晶石为次晶相的复合耐火材料，其中SiC质量分数为58.5～83.5%、Al₂O₃质量分数为10～28.5%、MgO质量分数为2.5～11%，显气孔率15～19%。本发明产品不含氧化铬，价格低廉、绿色环保，具有强度高、抗热震性好，抗熔渣侵蚀性和抗熔渣渗透性优异等特点。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种碳化硅-镁铝尖晶石复合的耐火材料。

背景技术

耐火材料在使用中有些强调高温下的保温隔热性，有些要求苛刻的高温结构强度，还有一大类主要用作高温熔体的反应器，这类材料要求耐高温的同时，优良的抗渣性能是追求的主要目标。如煤气化领域的水煤浆气化装置，其是将煤与水制成浆料后泵送如气化炉中在高温高压下制备CO和H₂等化工气体用于合成化工产品的煤气化用先进装置，该装置内腔由耐火材料构成，耐火材料衬长期处于1300～1500℃的高温、2.0～8.7 MPa的高压以及由CO和H₂等强还原气体构成的气氛环境，与此同时煤中灰分及煤浆中添加剂形成的SiO₂、CaO、FeO、Al₂O₃、MgO、TiO₂等成分为主的熔渣沿着耐火材料炉内壁流淌，对耐火材料造成的侵蚀渗透十分严重；水煤浆气化炉所用的耐火材料是目前工业应用中对抗渣性要求最高的耐火材料之一。

目前水煤浆煤气炉普遍采用高铬砖（Cr₂O₃-Al₂O₃-ZrO₂材料，Cr₂O₃＞75wt%）为炉衬向火面耐火材料，其高温力学性能好，抗渣性优异。高铬砖良好的抗渣性得益于Cr₂O₃在熔渣中具有极低的溶解度。然而铬资源有限且制备成本高，含铬耐火材料价格昂贵，特别是含铬耐火材料在原料制备、生产、使用以及用后可能存在潜在的Cr⁶⁺危害。

对水煤浆气化炉用高铬砖损毁形式进行分析，熔渣对高铬材料的化学侵蚀量小，主要是由于熔渣向高铬中内部渗透形成变质层，变质层在各项性能方面（特别是热膨胀系数）与未渗入渣的原砖层存在差异，在温度波动和气流冲刷下产生剥落；因而，提高水煤浆气化炉材料的寿命应同时关注材料的抗渣侵蚀性和材料的抗熔渣渗透性。

煤熔渣以氧化物组分为主，与大多数氧化物耐火材料相似相溶，而非氧化物与氧化物熔渣具有良好的不润湿性，抗渣性能良好。SiC是一类价格低廉、应用广泛的非氧化物耐火原料，以其为主要原料制备的Al₂O₃-SiC-C在钢铁冶金方面得到大量应用，Si₃N₄结合的SiC制品具有良好的抗冰晶石侵蚀性能在电解铝方面应用广泛。但是，SiC材料也存在着烧结性差、易氧化等缺点。SiC是一种共价键结合的非氧化物，自身烧结性差，2200℃以上的极高温度下才能有一定烧结，实现自结合，因而耐火材料中常用氧化物结合或其它非氧化物结合制备含SiC的复合耐火材料。

在水煤浆气化炉内整体看看作是CO和H₂为主的还原性气氛，但在烧嘴附近的燃烧区域存在局部氧化气氛，且操作中烧嘴区域的位置在动态变化，完全采用非氧化物耐火材料存在被氧化失效的危险，因而采用具有一定抗氧化能力的氧化物结合碳化硅更为可行。传统的粘土结合碳化硅使用温度低，抗渣性差，无法满足要求。采用什么类型的氧化物来与SiC材料复合，实现复合材料高效抵御熔渣的侵蚀和渗透的同时，又具有一定的抗氧化能力，是一项解决如水煤浆气化炉这类高温苛刻环境下耐火材料长寿和环保的技术难题。

发明内容