1、第 1 页 共 6 页生产设备先进性对气化炉用耐材产品性能的影响高耸，李有奇，张宇翠，谢毕强，寇志奇，赵继增（洛阳利尔耐火材料有限公司，河南 洛阳 471023）摘要：本文借助 SEM 及耐压测试仪等手段分析使用不同生产设备生产的产品性能的差异，得出如下结论：使用大吨位的电熔炉电熔出的氧化铬颗粒较致密、品质更好，采用自动配料混料系统混合的原料更均匀，使用双面加压的摩擦打砖机成型的制品强度更高、均匀性更好，因而成品高铬砖的使用性能更稳定、更优良，先进的生产设备对产品性能的稳定和提高有决定性作用。关键字：先进设备；大吨位电熔炉；自动配料混料系统；双面加压；产品性能引言德士古水煤浆加压气化炉是目前国
2、内外最常用的水煤浆气化炉，气化温度通常为12001600 ，气化压力 2.0MPa8.5MPa，炉内为强还原气氛，同时伴随着固体粒子、液态酸性熔渣和气流的高速冲刷，且在开、停车时，有较大的温度和压力波动，因此对工作衬有较高的要求 1,2。高 Cr2O3 含量的 Cr2O3-ZrO2-Al2O3 材料（高铬砖）与煤熔渣具有极好的相容性，同时具有优良的抗煤熔渣冲刷与侵蚀性，是目前水煤浆加压气化炉和石油焦浆加压气化炉等最好的工作衬材料 3,4。高铬砖使用电熔氧化铬作为主要的原料，采用机压成型，以固相烧结的方式进行烧成，因此原料的优劣，成型的好坏以及烧成的情况都会对成品砖有非常大的影响。本文借助 SE
3、M 及耐压测试仪等手段分析使用不同设备生产的成品的差异，总结设备的先进程度对产品性能的影响。1. 电熔设备对产品性能的影响本研究使用的高铬砖主原料-电熔氧化铬分别采用 30 吨电熔炉和 60 吨电熔炉生产，第 2 页 共 6 页60 吨电熔炉生产如 Fig.1 所示。样品分别从大块电熔料的中心部位和距中心部位一定距离（50cm、100cm）的位置选取。使用排水法测量样品的体积密度，使用 SEM 观察样品的显微结构。30 吨及 60 吨电熔炉直径一般分别在 2.5m-2.8m 和 4m-4.2m 之间，高度基本相同。不同样品组的体积密度数据见表 1。从表 1 可以看出，熔炼的原料中心位置较为致密
4、，距离中心位置越远越疏松；同时，采用大吨位的电熔炉熔炼出的电熔氧化铬相对较致密、整体体积密度较高。生产高铬砖的电熔氧化铬要求体密大于 4.95 g/cm3，从表 1 也可以看出采用大吨位电熔炉的成品率相对也较高，因此成本也会相对较低。Fig.1 60 吨电弧炉生产现场表 1 不同电熔炉及电熔炉不同位置的电熔氧化铬体密选取位置 体积密度（g/cm 3）60 吨电熔炉中心位置 5.160 吨电熔炉距中心 50cm 位置 5.0560 吨电熔炉距中心 100cm 位置 4.9830 吨电熔炉中心位置 5.0230 吨电熔炉距中心 50cm 位置 4.9630 吨电熔炉距中心 100cm 位置 4.8
5、1Fig.2 显示了不同电熔炉电熔的氧化铬距中心位置 50cm 处样品的显微结构。从图中可以看出， （a ）中颗粒内气孔较多，同时颗粒上还有微细裂纹存在，因此颗粒致密性较差，用此种颗粒生产的高铬砖，其耐压强度和抗冲刷、抗侵蚀等使用性能难于保证；（b）中颗粒较致密，颗粒内未见气孔，微细裂纹只存在于颗粒的边缘部位，此种颗粒原料品质较好。从表 1 和 Fig.2 的分析可以看出，使用大吨位的电熔炉熔炼氧化铬，不但成品率较高、成本较低，更重要的是电熔出的颗粒品相较高，用于生产高铬砖时成品砖的质量更有保证。第 3 页 共 6 页Fig.2 不同电熔炉距中心位置 50cm 处样品的显微结构图片2. 混合设
6、备对产品性能的影响高铬砖生产时以电熔氧化铬的不同颗粒和细粉为主要原料，同时添加一些添加剂比如氧化锆等，通过加入不同结合剂使各原料均匀混合在一起。因此，原料加入量的准确性、原料混合的均匀化程度将对产品质量起到决定性影响。随着设备自动化程度的提高，以自动配料混料系统为原料混合手段将逐渐成为高铬砖生产装备的必然趋势。相较人工配料、混料，自动化系统效率更高，原料混合质量更有保证，自动配料混料系统如 Fig.2 所示。Fig.3 显示了原料混合不均匀时烧成的成品砖的显微结构图片， （a ）中颜色较深部位为结合剂没有分散均匀形成的团聚， （b）中颜色较浅的部位为加入的氧化锆微粉没有均匀分散形成的团聚。成品
7、砖中含有未分散均匀的团聚部位，烧成时会在团聚部位周围形成应力集中，使用过程中这些部位会首先被破坏，进而加速整块砖的损毁、降低产品的使用寿命。Fig.4 是使用自动配料混料系统混合原料制成的成品砖。从图中可以看出，砖内部不存在团聚现象，各原料分散均匀，因而成品砖的质量得到了有效保证。Fig.2 自动配料混料系统第 4 页 共 6 页Fig.3 原料混合不均匀时成品砖的显微结构Fig.4 原料混合均匀时成品砖的显微结构3. 机压成型设备对产品性能的影响高铬砖采用摩擦打砖机机压成型，机压设备的成型压力直接决定着制品的体积密度和耐压强度，同时加压方式的先进性也对成品砖的性能起到决定性的影响。摩擦打砖机
8、的加压方式有单面加压和双面加压之分，摩擦打砖机如 Fig.5 所示。单面加压成型时，由于成型砖坯与模具之间的摩擦，会造成砖坯上下部位的密度不同，进而其各项物理性能也会产生差异，成品砖的均匀性受到影响，如 Fig.6 所示，样品编号与取样对应关系如表 2 所示。表 2 中上半部为从锤头击打面向下 40cm，下半部为从底面向上 40cm。从 Fig.6 可以看出，单面加压造成了上下部位的非均匀性，上部体积密度和常温耐压强度明显较大，而下部较小，尤其是砖坯较厚时，这种差异更加明显；同时 Fig.6 还显示了双面加压摩擦打砖机的优势，即使加压较厚的砖坯，上下部位的差别也很小，成品砖均匀性较好，耐压强度
9、较大。第 5 页 共 6 页Fig.5 双面加压摩擦打砖机表 2 样品编号与取样对应关系取样方式/位置 样品编号单面加压上部（厚度100mm） S1单面加压下部（厚度100mm） X1单面加压上部（厚度150mm） S2单面加压下部（厚度150mm） X2双面加压上部（厚度150mm） S3双面加压下部（厚度150mm） X3S1X1S2X2S3X34.24.264.284.304.324.34.36体 积 密 度常 温 耐 压 强 度样 品体积密度/(gcm3) 12014016018020常温耐压强度/MPaFig.6 不同样品的体密和耐压强度4. 抗渣侵蚀性Fig.4（a）是采用大吨位熔
10、炼炉生产的优质电熔氧化铬颗粒，以自动配料混料系统第 6 页 共 6 页混合并经双面加压摩擦打砖机成型的高铬砖用后的残砖显微结构图片， （b）是市场上较为普遍的普通高铬砖用后残砖显微结构图片，两图中残砖的使用时间与使用环境完全相同。从 Fig.4 中可以看到明显的分层：附渣层、反应层和渗透层，然而比较（a ）和（b）可以看出，前者的反应层明显比后者短，即煤渣只在表面很浅的一层与高铬砖发生反应，而非迅速的渗透到高铬砖内部，加快砖的损毁，表明（a）中的砖较致密、均匀，抗侵蚀能力较强。Fig.4 残砖显微结构5. 结论从以上研究内容可以得到如下结论：使用大吨位的电熔炉电熔出的氧化铬颗粒较致密、品质更好
11、，采用自动配料混料系统混合的原料更均匀，使用双面加压的摩擦打砖机成型的制品强度更高、均匀性更好，因而成品高铬砖的使用性能更稳定、更优良，先进的生产设备对气化炉用高铬耐火材料性能的稳定和提高有非常大的作用。参考文献1 王刚 方旭 孙红刚等，改善水煤浆气化炉内衬耐火材料抗侵蚀性能的探讨J，煤化工，2009，143（4）：45-472 宋林喜，水煤浆气化操作条件对高铬耐火材料的影响J，耐火材料，2001,35(3):155-157.3 陈晓霞 梁永和, 高铬砖显微结构分析J，武钢技术，2005,43(4):3-54 梁永和,Cr2O3 及其复合材料的烧结、显微结构和性能研究D, 武汉:武汉科技大学,2002
