[发明专利]氮化物-碳化硅-镁铝尖晶石复相耐火材料制品及制备方法

说明书

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种氮化物‑碳化硅‑镁铝尖晶石复相耐火材料制品及制备方法。涉及的一种氮化物‑碳化硅‑镁铝尖晶石复相耐火材料制品的原料包括骨料、基质；骨料为碳化硅颗粒；基质中含有镁铝尖晶石细粉、活性氧化铝微粉、金属Al粉和单质Si粉，其中镁铝尖晶石细粉含量占原料总质量的30%~45%，活性氧化铝微粉含量占原料总质量的1%~6%，金属Al粉含量占原料总质量的1%~5%，单质Si粉含量占原料总质量3%~10%；碳化硅颗粒，其含量占原料总质量的50%~65%。本发明具有低的膨胀系数、高的化学稳定性、优异的高温力学性能及抗熔渣侵蚀性好的热点。

技术领域

本发明属于耐火材料领域，主要涉及一种氮化物-碳化硅-镁铝尖晶石复相耐火材料制品及制备方法。

背景技术

推进煤炭清洁高效转化利用的核心是实现煤气化技术的高质发展；基于我国的能源结构(富煤、贫油、少气)的特点和绿色、可持续发展的生态理念，着力推进煤气化技术优质发展对实现煤的深加工及清洁高效利用具有重要意；现阶段，随着水煤浆气化技术较为成熟的发展，水煤浆气化炉已成为煤气化的主流设备，但其高温（1300~1500℃）、高压（2.0～8.7 MPa）、强还原性气氛（主要成分CO和H₂）的工作环境对所用内衬耐火材料提出了较为苛刻的要求，所选用的耐火材料不仅要能满足上述的高温、高压、强还原气氛的服役环境，还必须能承受低阶煤气化过程中产生的煤熔渣（CaO、FeO_x、Al₂O₃、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O等）的侵蚀和水煤浆气等高温气体的物理冲刷，因此要求此耐火材料必须具备优异的抗侵蚀性能、高温力学强度及稳定性；。当前阶段在水煤浆煤气炉中应用最广泛的内衬材料为Cr₂O₃＞75wt%的Cr₂O₃-Al₂O₃-ZrO₂体系的纯氧化物砖（高铬砖）；但是铬资源有限且开采成本高、对环境污染大，特别是其在服役过程中会与煤熔渣中某些物质反应生成Cr⁶⁺离子，存在潜在的环保危害；由此可见，如何开发新型高温材料实现水煤浆气化炉用内衬材料的无铬化已成为水煤浆气化炉及其配套技术推广应用中必须克服的技术性难题。

研究表明，选择合适氧化物与非氧化物所制备出的非氧化物-氧化物复合材料与纯氧化物材料或纯非氧化物材料相比，具有二者所不具备的特殊高温性能，可作为推动实现水煤浆气化炉用耐火材料的无铬化的重要探索方向。申请文件CN201711187027.6公开了一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料，将碳化硅与结合剂混合均匀后加入镁铝尖晶石压制烧成，但是由于碳化硅的自身烧结性差，2200℃以上的极高温度下才能有一定烧结，此外镁铝尖晶石的高熔点（2135℃），使得该复合材料的烧结温度必须达到1800℃以上。

为防止碳化硅的氧化，此类复合材料一般在保护性气氛下完成烧结。前期探索发现，碳化硅-镁铝尖晶石复合材料即使在还原气氛下烧成，仍需较高温度，当烧成条件为1650℃的埋炭时碳化硅-镁铝尖晶石复合材料的常温抗折强度也不足10 MPa，高温抗折更是低于5MPa,较低的力学强度对该材料在使用过程中抵抗熔渣的高速冲蚀极为不利。分析该复合材料力学强度低的主要原因是因为碳化硅和镁铝尖晶石成键的方式不同。碳化硅为共价键结合，而镁铝尖晶石则为离子键结合的氧化物，这就使二者之间互不润湿，难以形成有效化学结合。