煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料侵蝕行為研究

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1、學(xué)校代碼10459學(xué)號(hào)或申請(qǐng)?zhí)?01612194022093密級(jí)碩士學(xué)位論文煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料侵蝕行為研究作者姓名：曹雨后導(dǎo)師姓名：徐恩霞教授級(jí)高工學(xué)科門類：工學(xué)專業(yè)學(xué)位名稱：材料學(xué)培養(yǎng)院系：材料科學(xué)與工程學(xué)院完成時(shí)間：2018年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofProfessionalMasterThestudyofcoalslagoncorrosionbehaviorofmagnesiaaluminaspinelrefractoriesByYuhouCaoSupervisor:Prof.E

2、nxiaXuMaterialEngineeringMaterialsScienceandEngineeringSchoolApril，2018摘要摘要水煤漿氣化爐所用內(nèi)襯為Cr2O3含量高于85%的高鉻磚，但高鉻磚會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，所以研究水煤漿氣化爐內(nèi)襯材料低鉻化、無鉻化勢(shì)在必行。而鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料已在水泥窯燒成帶、精煉爐RH浸漬管等多個(gè)高溫部位代替了含鉻耐火材料，是實(shí)現(xiàn)氣化爐無鉻化極具潛力的材料，所以本文選擇以鎂鋁尖晶石作為高鉻磚的替代材料，研究煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料的侵蝕行為。本文用靜態(tài)坩堝法，首先研究了煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石材料的侵蝕機(jī)理；對(duì)比了不同鋁含量尖晶

3、石的物理性能以及抗煤熔渣侵蝕滲透性能；然后以性能最好的富鋁尖晶石為基礎(chǔ)材料，加入不同含量的ZrO2、Cr2O3以及鐵鋁尖晶石等添加劑，分析其對(duì)煤熔渣的抗侵蝕性能，結(jié)果如下：（1）研究了高溫下煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石材料的侵蝕機(jī)理，結(jié)果表明：煤熔渣以復(fù)雜的硅酸鹽液相形式填充進(jìn)鎂鋁尖晶石的基質(zhì)，基質(zhì)內(nèi)鎂鋁尖晶石顆粒保留原有形貌，沒有出現(xiàn)溶蝕的現(xiàn)象。煤熔渣對(duì)鎂鋁尖晶石的侵蝕方式以滲透為主。鎂鋁尖晶石經(jīng)煤熔渣侵蝕后結(jié)構(gòu)疏松，侵蝕層出現(xiàn)裂紋，說明鎂鋁尖晶石抵抗高溫煤熔渣滲透性差。在滲透層，Si、Ca、Na元素主要分布在基質(zhì)中，而Fe元素會(huì)擴(kuò)散至尖晶石顆粒內(nèi)部，形成鎂鐵鋁復(fù)合尖晶石。（2）研

4、究了不同鋁含量的鎂鋁尖晶石材料對(duì)煤熔渣的抗侵蝕性能，結(jié)果表明：富鋁尖晶石材料的基質(zhì)中可以看到較為明顯的化學(xué)反應(yīng)跡象，熔渣與材料基質(zhì)反應(yīng)后形成致密層，一定程度上阻止了渣的繼續(xù)滲透；鎂鋁尖晶石和富鎂尖晶石材料被熔渣侵蝕后，其熔渣全部滲入材料內(nèi)部，試樣滲透層結(jié)構(gòu)變得疏松，與熔渣的化學(xué)反應(yīng)不明顯，侵蝕機(jī)理主要表現(xiàn)為滲透。富鋁尖晶石試樣的物理性能和抗煤熔渣滲透能力最為優(yōu)良。（3）研究了ZrO2的加入對(duì)鎂鋁尖晶石材料的影響，結(jié)果表明：加入ZrO2可以促進(jìn)試樣的燒結(jié)，使材料的常溫耐壓強(qiáng)度有了較大的提升，而且鎂鋁尖晶石材料的抗?jié)B透性也有明顯提高，其原因是ZrO2能夠吸收渣中的CaO形成高熔

5、點(diǎn)的CaZrO3，將基質(zhì)中的氣孔與裂縫堵塞，從而阻止煤熔渣的滲透，也減少了CaO對(duì)鎂鋁尖晶石的侵蝕作用。（4）研究了Cr2O3的加入對(duì)鎂鋁尖晶石材料的影響，結(jié)果表明：Cr2O3加入可以同Al2O3形成（Al,Cr）2O3固溶體，從而使材料的物理性能有了較大提高。I摘要加入Cr2O3后鎂鋁尖晶石材料被煤熔渣侵蝕的方式發(fā)生改變，由原來的滲透侵蝕為主改變?yōu)榛瘜W(xué)溶蝕為主。加入Cr2O3可以使材料基質(zhì)對(duì)FeO的吸收能力增強(qiáng)，形成復(fù)合尖晶石相，延緩了煤熔渣的向內(nèi)滲透。Cr2O3的加入可以提高材料的抗煤熔渣滲透能力，加入的Cr2O3含量越高，材料的抗侵蝕性能越好。（5）研究了鐵鋁尖晶石加

6、入量對(duì)鎂鋁尖晶石材料的影響，結(jié)果表明：鐵鋁尖晶石的加入，可以和鎂鋁尖晶石形成鎂鐵鋁尖晶石固溶體，從而提高材料的常溫物理性能，但加入量過多會(huì)使材料微裂紋增多，使材料的物理性能下降。加入鐵鋁尖晶石后，煤熔渣對(duì)材料的侵蝕方式是滲透侵蝕加反應(yīng)侵蝕。煤熔渣中的CaO與鐵鋁尖晶石反應(yīng)，生成了高粘度的C4AF，阻止了渣的進(jìn)一步滲透，同時(shí)CaO的析出使渣中SiO2含量增大，煤熔渣變得粘稠，抑制煤熔渣的滲透能力，當(dāng)鐵鋁尖晶石加入量為3%時(shí)材料的綜合性能最好。（6）對(duì)比了加入不同種類添加劑后添加量最佳的鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料和高鉻磚的抗侵蝕滲透能力，結(jié)果表明：經(jīng)煤熔渣侵蝕后，鎂鋁尖晶石質(zhì)耐火材料

7、和高鉻磚的損毀機(jī)理不一致，添加3%ZrO2和添加6%Cr2O3的鎂鋁尖晶石試樣有和高鉻磚相當(dāng)?shù)目骨治g滲透能力。關(guān)鍵詞：水煤漿氣化爐；鎂鋁尖晶石；無鉻化；侵蝕行為IIAbstractAbstractTheliningofthecoalwaterslurrygasifierisahighchromiumbrickwithaCr2O3contentofmorethan85%.However,thehighchromiumbrickwillaffecttheenvironment,soitisimperativetostu