煤熔渣对镁铝尖晶石质耐火材料侵蚀行为研究

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1、学校代码10459学号或申请号201612194022093密级硕士学位论文煤熔渣对镁铝尖晶石质耐火材料侵蚀行为研究作者姓名：曹雨后导师姓名：徐恩霞教授级高工学科门类：工学专业学位名称：材料学培养院系：材料科学与工程学院完成时间：2018年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofProfessionalMasterThestudyofcoalslagoncorrosionbehaviorofmagnesiaaluminaspinelrefractoriesByYuhouCaoSupervisor:Prof.E

2、nxiaXuMaterialEngineeringMaterialsScienceandEngineeringSchoolApril，2018摘要摘要水煤浆气化炉所用内衬为Cr2O3含量高于85%的高铬砖，但高铬砖会对环境造成影响，所以研究水煤浆气化炉内衬材料低铬化、无铬化势在必行。而镁铝尖晶石质耐火材料已在水泥窑烧成带、精炼炉RH浸渍管等多个高温部位代替了含铬耐火材料，是实现气化炉无铬化极具潜力的材料，所以本文选择以镁铝尖晶石作为高铬砖的替代材料，研究煤熔渣对镁铝尖晶石质耐火材料的侵蚀行为。本文用静态坩埚法，首先研究了煤熔渣对镁铝尖晶石材料的侵蚀机理；对比了不同铝含量尖晶

3、石的物理性能以及抗煤熔渣侵蚀渗透性能；然后以性能最好的富铝尖晶石为基础材料，加入不同含量的ZrO2、Cr2O3以及铁铝尖晶石等添加剂，分析其对煤熔渣的抗侵蚀性能，结果如下：（1）研究了高温下煤熔渣对镁铝尖晶石材料的侵蚀机理，结果表明：煤熔渣以复杂的硅酸盐液相形式填充进镁铝尖晶石的基质，基质内镁铝尖晶石颗粒保留原有形貌，没有出现溶蚀的现象。煤熔渣对镁铝尖晶石的侵蚀方式以渗透为主。镁铝尖晶石经煤熔渣侵蚀后结构疏松，侵蚀层出现裂纹，说明镁铝尖晶石抵抗高温煤熔渣渗透性差。在渗透层，Si、Ca、Na元素主要分布在基质中，而Fe元素会扩散至尖晶石颗粒内部，形成镁铁铝复合尖晶石。（2）研

4、究了不同铝含量的镁铝尖晶石材料对煤熔渣的抗侵蚀性能，结果表明：富铝尖晶石材料的基质中可以看到较为明显的化学反应迹象，熔渣与材料基质反应后形成致密层，一定程度上阻止了渣的继续渗透；镁铝尖晶石和富镁尖晶石材料被熔渣侵蚀后，其熔渣全部渗入材料内部，试样渗透层结构变得疏松，与熔渣的化学反应不明显，侵蚀机理主要表现为渗透。富铝尖晶石试样的物理性能和抗煤熔渣渗透能力最为优良。（3）研究了ZrO2的加入对镁铝尖晶石材料的影响，结果表明：加入ZrO2可以促进试样的烧结，使材料的常温耐压强度有了较大的提升，而且镁铝尖晶石材料的抗渗透性也有明显提高，其原因是ZrO2能够吸收渣中的CaO形成高熔

5、点的CaZrO3，将基质中的气孔与裂缝堵塞，从而阻止煤熔渣的渗透，也减少了CaO对镁铝尖晶石的侵蚀作用。（4）研究了Cr2O3的加入对镁铝尖晶石材料的影响，结果表明：Cr2O3加入可以同Al2O3形成（Al,Cr）2O3固溶体，从而使材料的物理性能有了较大提高。I摘要加入Cr2O3后镁铝尖晶石材料被煤熔渣侵蚀的方式发生改变，由原来的渗透侵蚀为主改变为化学溶蚀为主。加入Cr2O3可以使材料基质对FeO的吸收能力增强，形成复合尖晶石相，延缓了煤熔渣的向内渗透。Cr2O3的加入可以提高材料的抗煤熔渣渗透能力，加入的Cr2O3含量越高，材料的抗侵蚀性能越好。（5）研究了铁铝尖晶石加

6、入量对镁铝尖晶石材料的影响，结果表明：铁铝尖晶石的加入，可以和镁铝尖晶石形成镁铁铝尖晶石固溶体，从而提高材料的常温物理性能，但加入量过多会使材料微裂纹增多，使材料的物理性能下降。加入铁铝尖晶石后，煤熔渣对材料的侵蚀方式是渗透侵蚀加反应侵蚀。煤熔渣中的CaO与铁铝尖晶石反应，生成了高粘度的C4AF，阻止了渣的进一步渗透，同时CaO的析出使渣中SiO2含量增大，煤熔渣变得粘稠，抑制煤熔渣的渗透能力，当铁铝尖晶石加入量为3%时材料的综合性能最好。（6）对比了加入不同种类添加剂后添加量最佳的镁铝尖晶石质耐火材料和高铬砖的抗侵蚀渗透能力，结果表明：经煤熔渣侵蚀后，镁铝尖晶石质耐火材料

7、和高铬砖的损毁机理不一致，添加3%ZrO2和添加6%Cr2O3的镁铝尖晶石试样有和高铬砖相当的抗侵蚀渗透能力。关键词：水煤浆气化炉；镁铝尖晶石；无铬化；侵蚀行为IIAbstractAbstractTheliningofthecoalwaterslurrygasifierisahighchromiumbrickwithaCr2O3contentofmorethan85%.However,thehighchromiumbrickwillaffecttheenvironment,soitisimperativetostu