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鉻剛玉的性能及應用

發布日期: 2021-01-13 11:03:55    閱讀量(197)    作者:

鉻剛玉的主要成分為Al2O3和Cr2O3,兩者形成連續型固溶體,根據Al2O3-Cr2O3二元相圖,向Al2O3單相材料中添加Cr2O3,不但沒有降低材料的耐火度,反而耐火度隨著Cr2O3含量的提高而升高。

在剛玉材料中添加Cr2O3,隨著溫度的升高,Al2O3和Cr2O3逐漸形成固溶體,使剛玉顆粒和基質緊密結合,進一步在剛玉顆粒表面形成環狀的固溶帶,使材料在高溫下顆粒和顆粒之間,顆粒和細粉之間緊密結合,且結合相為鋁鉻固溶體相,熔點較高,即使在高溫下依然保持結合強度,故鉻剛玉質耐火材料均具有較強的常溫力學性能和高溫力學性能。

Cr2O3是耐火材料優質組分,可以與多種氧化物形成高熔點化合物。例如,Cr2O3與Al2O3可形成連續型固溶體,此固溶體的熔點2050℃以上;Cr2O3和MgO/FeO形成高熔點的鎂鉻尖晶石/鉻鐵尖晶石;Cr2O3與Cu2O可形成熔點在1600℃以上的化合物;Cr2O3與SiO2形成的低共熔物的熔化溫度達1720℃;等。

此外Cr2O3還能提高熔渣的粘度,熔渣粘度的提高可減緩熔渣向耐火材料的滲入速度。綜上,Cr2O3可提高耐火材料抗熔渣侵蝕性能和剝落性能。

鉻剛玉的應用

鉻剛玉因其特有的優良性能,廣泛服役于環境比較苛刻的高溫領域,包括有色冶金窯爐、玻璃熔窯、炭黑反應爐、垃圾焚燒爐等。鉻剛玉發展之初,應用更為廣泛,在水泥及鋼鐵冶金領域也多有涉及,但因人們環保意識的加強,高溫工業無鉻化的呼聲越來越高,很多領域已經研發了替代產品,但是在一些服役環境較為惡劣的部位,依然存在著鉻剛玉的身影。

含鉻耐火材料由于其特有的性能,在有色冶金工業窯爐中使用效果良好,雖然現在很多學者在研究有色冶金領域用耐火材料的無鉻化,但是至今為止,有色冶金領域使用含鉻耐火材料作為冶煉爐襯仍是主流。例如:澳斯麥特銅熔煉爐用耐火材料不僅要經受熔體(SiO2/FeO系熔渣、銅液、銅锍)的沖刷和氣相的侵蝕,還要克服由于噴槍的定期更換而產生的溫度波動,服役環境惡劣,現階段除含鉻耐火材料外,尚未有性能更好的材料可替代。此外,在鋅揮發窯、銅轉爐、煤氣化爐和炭黑反應爐等同樣面臨相同處境。

鋁鉻系耐火材料抗玻璃液侵蝕能力優于常規剛玉系或鋁硅系耐火材料。故在受嚴重侵蝕的蓄熱室小爐及靶墻部位、熔池部位等關鍵區域常應用鋁鉻系耐火材料作為內襯材料。

鋁鉻系耐火材料也常用于炭黑反應爐,包括:燃燒段、喉管段、反應段等。鋁鉻系耐火材料服役于炭黑反應爐超高溫(1900℃)區域、還原性氣體(C、CO、H2)及灰分的化學侵蝕區域和頻繁溫度波動區域等。故要求炭黑反應爐用鋁鉻系耐火材料應具備如下特點:1)高的耐火度、較高的荷重軟化溫度及較低的高溫蠕變率;2)強還原氣氛下的穩定性;3)較強的抗熔灰侵蝕性;4)較高的高溫強度及抗沖刷性能;5)良好的抗熱震穩定性。

垃圾熔融焚燒爐(灰熔爐)爐襯用耐火材料中,一般含有氧化鉻的耐火材料表現出良好的耐侵蝕性能;當燃燒溫度高于1250℃時,采用鉻剛玉制品。垃圾熔融焚燒爐一般為氧化氣氛,故不能使用抗氧化能力較差的C-SiC磚和SiC磚,而優選使用Al2O3-Cr2O3材料和MgO-Cr2O3材料。一般情況下,Al2O3-Cr2O3材料隨堿度的提高,侵蝕速率增加,故主要用于堿度相對較低的熔融爐。

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