[发明专利]一种碳化硅-六铝酸钙复合耐火材料

说明书

本发明属于耐火材料技术领域，公开一种碳化硅‑六铝酸钙复合的耐火材料。公开的一种碳化硅‑六铝酸钙复合的耐火材料采用SiC质量分数≥98.0%，骨料为粒度范围为0.1～5mm的碳化硅颗粒，基质中含有预合成六铝酸钙；基质中还加入有可原位反应生成六铝酸钙的氧化钙和氧化铝；基质中还加入有抗氧化剂；骨料、基质与结合剂混匀成型，经干燥后在埋炭或氮气气氛保护下高温烧成制得以SiC为主晶相、六铝酸钙为次晶相的碳化硅‑六铝酸钙复合耐火材料。本发明具有强度高、抗热震性好，抗碱性熔渣侵蚀性和抗熔渣渗透性优异的特点，是一种高温、还原性气氛下具有优异抗碱性渣侵蚀的环保型耐火材料。

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，主要涉及一种碳化硅-六铝酸钙复合的耐火材料。

背景技术

耐火材料在使用中有些强调高温下的保温隔热性，有些要求苛刻的高温结构强度，还有一大类主要用作高温熔体的反应器，这类材料要求耐高温的同时，优良的抗渣性能是追求的主要目标。如煤气化领域的水煤浆气化装置，其是将煤与水制成浆料后泵送如气化炉中在高温高压下制备CO和H₂等化工气体用于合成化工产品的煤气化用先进装置，该装置内腔由耐火材料构成，耐火材料衬长期处于1300~1500℃的高温、2.0～8.7 MPa的高压以及由CO和H₂等强还原气体构成的气氛环境，与此同时煤中灰分及煤浆中添加剂形成的SiO₂、CaO、FeO_x、Al₂O₃、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O等成分为主的熔渣沿着耐火材料炉内壁流淌，对耐火材料造成的侵蚀渗透十分严重；水煤浆气化炉所用的耐火材料是目前工业应用中对抗渣性要求最高的耐火材料之一。

目前水煤浆煤气炉普遍采用高铬砖（Cr₂O₃-Al₂O₃-ZrO₂材料，Cr₂O₃＞75wt%）为炉衬向火面耐火材料，其高温力学性能好，抗渣性优异。高铬砖良好的抗渣性得益于Cr₂O₃在熔渣中具有极低的溶解度。然而铬资源有限且制备成本高，含铬耐火材料价格昂贵，特别是含铬耐火材料在原料制备、生产、使用以及用后可能存在潜在的Cr⁶⁺危害。

对水煤浆气化炉用高铬砖损毁形式进行分析，熔渣对高铬材料的化学侵蚀量小，主要是由于熔渣向高铬中内部渗透形成变质层，变质层在各项性能方面（特别是热膨胀系数）与未渗入渣的原砖层存在差异，在温度波动和气流冲刷下产生剥落。通常水煤浆气化炉渣中偏酸性的氧化物如SiO₂、Al₂O₃等成分占比要高于偏碱性的氧化物如CaO、FeO_x、MgO、K₂O、Na₂O等，因而，常规的煤气化渣呈酸性。以Cr₂O₃和Al₂O₃为主的高铬砖为偏酸性耐火材料，其抵抗常规气化炉炉渣的能力较强。但随着煤气化的深入发展，优质煤成本的提高以及资源的紧缺，低品质煤被作为气化原料已成为煤气化发展的必然趋势。一些低品质煤其灰分中含有大量CaO、Na₂O、K₂O等碱金属和碱土金属氧化物，使得煤渣呈碱性，且腐蚀性显著增强，传统的高铬砖在该环境下使用时受熔渣侵蚀十分严重，且有Cr⁶⁺生成的危险。耐碱侵蚀性好的、绿色无铬的耐火材料才能适应这种特殊煤气化的使用要求。