[发明专利]一种硫磺回收反应炉用刚玉-SiAlON-氮化硅梯度砖及其制备工艺

说明书

本发明涉及一种硫磺回收反应炉用刚玉‑SiAlON‑氮化硅梯度复合耐火砖及其制备工艺。复合耐火砖采用梯度设计，梯度分布依次为：工作层、梯度过渡层一、梯度过渡层二、非工作层，梯度过渡层一为重量比2/3工作层和1/3非工作层的混合配比，梯度过渡层二的为重量比1/3工作层和2/3非工作层混合配比。制备方法包括称取原料、湿碾、成型、干燥和高温烧成，将成型的砖坯在120℃干燥48~72h，在1450~1520℃保温3~4h烧结。所制备的梯度耐火砖性能优良，在各层的结合强度高，砖的整体性能好。

技术领域

本发明涉及一种硫磺回收反应炉用刚玉-SiAlON-氮化硅梯度复合耐火砖及其制备工艺，属于耐火材料领域。

背景技术

石化企业原油炼制过程中产生大量的H₂S有毒气体，对人体和环境有极大的危害。通过硫磺回收反应炉将H₂S等含硫气体中化合态硫转化成单质硫磺，将尾气中极少量剩余H₂S焚烧，回收二氧化硫，实现变废为宝。硫磺回收反应炉在使用工况环境比较恶劣，存在高温、温度波动、压力、腐蚀、爆炸等危险因素，且烟气成分复杂，因此对反应炉的耐火衬里要求较高，需选用强度高、抗侵蚀好、抗热震性好的耐火材料。目前，硫磺回收反应炉使用的内衬耐火材料通常为三层：第一层为重质砖，采用锆刚玉莫来石砖，其体积密度2.9~3.2g·cm^-1、耐压强度≥100MPa、导热系数≤1.5W·m^-1·K^-1，或是铬刚玉砖，其体积密度约3.0g·cm^-1、耐压强度≥80MPa、导热系数≤1.8W·m^-1·K^-1，厚度约为150mm；第二层为轻质砖，采用轻质隔热莫来石砖，其体积密度1.1~1.3g·cm^-1、耐压强度≥8MPa、导热系数≤0.45W·m^-1·K^-1，厚度约为100~150mm；第三层为隔热浇注料，采用高铝轻质浇注料，其体积密度0.95~1.1g·cm^-1、耐压强度≥6MPa、导热系数≤0.25W·m^-1·K^-1，厚度约为100mm。硫磺回收装置内衬耐火材料的示意图如图1和图2所示，三层耐火材料设计的优点为：第一层重质耐火砖强度高、耐磨损、抗侵蚀好，抵得住恶劣的工作环境，第二层轻质隔热砖导热率低、热容小、保温效果好，第三层轻质浇注料导热率低、保温效果好、且对形状适应性强。但这种三层设计仍存在明显的缺陷：由于第二层和第三层轻质耐火材料强度低，在长期热负荷运行中，硫磺回收反应炉底部的第二层和第三层常被压实塌陷，使得内衬结构变形，由原来的圆形变成椭圆形，如图3所示。

为了消除变形导致掉砖而引起内衬砖坍塌隐患，耐火砖采用体积大的弧形砖（如图4），通过体积大的弧形砖的大角度坡度面的挤压应力和摩擦力可以抵抗重质砖的重力和载荷（受力分析如图4），以达到消除掉砖和坍塌事故隐患。但是，体积大的弧形砖必须根据每个反应炉的直径进行定制，不同直径的弧形砖的坡面不同，因此，不同直径就必须采用与该直径相适应的模具，造成模具极大浪费和高额成本。且当有订单时，必须要先开模具再生产，造成交货工期十分紧张，而当没有订单时，用于烧结产品的隧道窑空转，又造成燃料的极大浪费。

通过体积小的两种或三种的梯形砖（如图5）的合理块数搭配，可以适应不同的直径，而不需要根据每个反应炉的直径而单独开模具，可减少模具费用，节约交货工期。另外，体积小的梯形砖能适应不同窑炉的直径，解决变径的问题，可作为和标准砖一样，即使在没有订单时也可生产库存备货，不至于隧道窑空转而浪费燃料。但由于目前硫磺回收反应炉采用三层设计，反应炉内衬的第二层和第三层为轻质耐火材料，变形不可避免，体积小的梯形砖的小角度坡度面的挤压应力和摩擦力不足以抵抗重质砖的重力和载荷（受力分析如图5），掉砖和窑炉坍塌事故隐患必然存在。