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高铬耐火材料在气化炉的应用

作者:河南耐火材料厂日期:2019-02-27阅读

  气化炉用耐火材料有哪些?

  一、气化炉衬里用耐火材料

  气化炉在1300~1400℃的高温下操作,外加开、停车较多,因而要求衬里有足够高的耐火度和良好的热稳性能。现今国内常压和微压的气化炉常用高铝砖(一级或二级),操作压力较高的(0. 8—lMPa以上)多用刚玉砖、高铬耐火材料。耐火衬里结构,一般有横砌和竖砌两种形式,实际采用哪种砌法,根据耐火砖质量而定,现今多用横砌结构。
 

  
 

  影响气化炉衬里寿命的因素

  气化炉内里层(即工作面层)与火焰直接接触的耐火砖的寿命大致1~2年。除炉压、操作温度、工艺气体的变化影响耐火砖寿命外,原料油中微量金属如钒、镍等的影响也很大,尤其是金属钒最易渗透到耐火砖中去。钒(V)和三氧化二铝(AL203)反应,在高温下生成Al2O3·V和MgO·Fe2O3·CaO互相固溶的低熔点矿物质。这种低熔点矿物质聚集在基体上,因与氧化铝晶粒的热膨胀率不同,而产生剥离,造成耐火砖表面掉片。

  

  气化过程中如产生的炭黑较多时,会沉积在耐火砖热表面上,使砖的互相结合性变坏,砖强度消失而掉块。实践证明:原油气化比重油气化对砖的损伤轻。油中微金属含量低的比含量高的对砖损伤轻。另外,用真空残渣油(含2.2%~2. 6%炭黑)返炉气化的情况更为严重。因此,砖的质量对炉衬寿命影响很大,若用含量98% Al203以上的高密度刚玉砖,可用两年以上。

  

  高铬耐火材料在气化炉的应用

  气化炉用高铬耐火材料主要由Cr2O3、单斜氧化锆以及氧化铝微粉组成。因此,高铬耐火材料的性能跟这几种物质的性能紧密相关。综合而言,高铬耐火材料的性能特点主要表现在以下几个方面:

  

  (1)优良的抗渣侵蚀性能。Cr2O3材料自身具有优良的抗渣侵蚀性能,这主要是归结于以下几点:1)Cr2O3在煤熔渣中的溶解度很低,从而保证了材料的整体性;2)多数熔渣对Cr2O3材料的润湿性较差,从而延缓了Cr2O3在熔渣中的溶解;3)Cr2O3材料溶解到渣中之后会增加熔渣的黏度,甚至可以在材料表面形成均匀的保护层,堵塞材料的气孔,抑制熔渣渗透。

  

  (2)优良的高温性能。高铬耐火材料的主要组分Cr2O3、Al2O3、ZrO2的熔点分别约为2400、2050、2700°C,经1700°C高温处理后,其中的Cr2O3和Al2O3形成了结晶良好且连续的铝铬固溶体,因而高铬耐火材料具有很高的高温强度。

  

  (3)抗冲刷性能优异。铝铬固溶体的形成,以及ZrO2的促烧作用,使高铬材料具有较低的显气孔率和较高的耐压强度(达150MPa甚至200MPa以上),因此高铬耐火材料具有良好的抗冲刷性能。

  

  (4)抗热震性和抗热剥落性。由于ZrO2的相变增韧作用[16],高铬耐火材料的抗热震性和抗热剥落性得到改善。

  

  气化炉用耐火材料必须有严格的要求

  气化炉是化肥、石化行业等生产用的关键设备其内衬耐火材料的质量直接影响到炉子的操作稳定性和使用寿命。TEXACO水煤浆加压气化是洁净煤气化技术之一,具有高效、低污染、易自动控制等优点,但是其工况条件极为苛刻,要求高温(1250~1550℃),高压(2~8.5MPa),强还原气氛和液态酸性排渣,伴随着固体、液体、气体的高速冲刷,且在开停车时有较大的温度和压力波动等,所有这些都对气化炉用耐火材料提出了严格的要求:

  

  (1)必须有高的抗熔渣侵蚀性和渗透性。研究表明Cr203与煤熔渣不润湿,具有较大的二面角,可以使熔渣的侵蚀和渗透降至最小。

  

  (2)较高的热态强度以抵抗高温下的冲刷磨损。气化炉的操作温度一般比炉渣的熔点高,炉渣为液态溶渣,伴随高速气流沿气化炉壁流下,部分沉积在炉壁上,部分从排渣口排出,液态渣除冲刷炉衬材料外还与炉衬进行反应,侵蚀炉衬,因此,要求炉衬耐火材料必须具有高的抗熔渣冲刷和侵蚀能力。

  

  (3)较好的高温体积稳定性能以抵抗温度和压力的波动。高温高压条件下,要求耐火材料具有良好的抗高温蠕变性能,即蠕变变形力,在热应力和机械应力作用下能吸收由此而引起的微裂纹,阻止裂纹的蔓延,使炉衬用耐火材料在长时间使用时不会因为材料本身产生塑性变形而破坏表皮。

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