[发明专利]一种二次混碾干燥制备高抗侵蚀和高抗热震的铬刚玉砖及其工艺

说明书

本发明涉及一种二次混碾干燥制备高抗侵蚀和高抗热震的铬刚玉砖及其工艺，将大颗粒铬砂骨料和亚微米氧化锆微粉以及热固树脂通过一次混碾、干燥升温，热固制得ZrO₂粉包覆铬砂颗粒结构的预处理的颗粒料。然后将改性后的颗粒料和粉料以及结合剂进行二次混碾，经困料、成型、二次干燥，烧成时热固树脂氧化成气体逸出，遗留多种孔洞缺陷的包覆颗粒结构，通过气孔缺陷和氧化锆相变增韧获得兼具高抗侵蚀性和高抗热震性的耐火材料。本发明的铬刚玉砖较原来的高铬砖，两者的抗侵蚀性能相当，而抗热震性在1100℃时水急冷循环次数由原来的1~2次提高到6次以上。

技术领域

本发明涉及一种二次混碾干燥制备高抗侵蚀和高抗热震的铬刚玉砖及其工艺，属于无机非金属材料学科高温陶瓷和耐火材料领域。

背景技术

中国是一个“缺油、少气、多煤”的国家，2015年我国的煤炭能耗比重为64%，74%的电力来自于煤炭，据预测，即使到2050年，能耗比例煤炭比重仍在50%以上。我国推广力度较大的Texaco煤气化技术是一种以水煤浆为原料，在高温(1300-1500℃)、高压(2.7-6.5MPa)下进行操作的气化技术。由于其操作温度必须高于煤灰渣熔点，须在水煤浆中引入Fe₂O₃、CaO等降低煤灰渣熔点，但这使得煤灰渣加剧炉衬材料的侵蚀和冲刷。85wt%以上高Cr₂O₃含量的Cr₂O₃-Al₂O₃-ZrO₂系材料与煤熔渣具有极好的相容性，是目前水煤浆气化炉普遍使用的关键耐火材料。虽然高铬砖的抗水煤浆熔渣的侵蚀性尚佳，但高铬砖在水煤浆气化炉的使用寿命仍然很短，一般只能运行大约5000小时，其根本原因是高铬砖的抗热震性极差，在1100℃时水急冷循环仅有1~2次。

因此，提高高铬砖的抗热震性成为解决水煤浆气化炉运行寿命的关键。通常，耐火材料的结构是骨料、基质和气孔组成。粉料基质具有较多的显气孔率，抗侵蚀性较弱而抗热震性较强；相反，颗粒骨料具有致密的完整单晶或多晶结构，抗侵蚀性较强而抗热震性较弱。提高材料的抗侵蚀性的办法是把基质制备得更加致密，而提高材料的抗热震性的办法就是破坏完整单晶或多晶结构的颗粒结构，引入更多的缺陷，在受到不均匀的温度时，热应力能有效得到释放。把颗粒骨料的尺寸减小是可以降低相同体积内热应力集中，但牺牲了材料的抗侵蚀性。本发明采用颗粒进行改性的方法，获得的具有包覆结构的假颗粒，人为引入更多结构缺陷，达到降低相同体积内热应力集中，提高抗热震性，且不牺牲材料的抗侵蚀性的效果。

发明内容

本发明是将大颗粒铬砂骨料和亚微米氧化锆微粉以及热固树脂通过一次混碾、干燥升温，热固制得ZrO₂粉包覆铬砂颗粒结构的预处理的颗粒料（如图1）。然后将改性后的颗粒料和粉料以及结合剂进行二次混碾，经困料、成型、二次干燥，烧成时热固树脂被氧化烧蚀逸出并遗留微孔，多微孔洞和氧化锆的包覆颗粒结构（如图2），通过气孔缺陷和氧化锆相变增韧机制缓解热应力集中，获得兼具高抗侵蚀性和高抗热震性的耐火材料。