[发明专利]一种碳化硅-镁铝尖晶石-铝复合耐火材料

说明书

本发明属于耐火材料技术领域，涉及一种碳化硅‑镁铝尖晶石‑铝复合耐火材料。涉及的一种碳化硅‑镁铝尖晶石‑铝复合耐火材料包括骨料和基质；其骨料为碳化硅颗粒；基质中包含富铝镁铝尖晶石细粉或微粉；基质中还加入了经包覆处理的金属铝粉；骨料、基质与结合剂混合均匀后进行机压成型，干燥后在埋碳气氛下最高温度1500℃～1600℃烧成制得以碳化硅为主晶相，镁铝尖晶石和刚玉为次晶相的碳化硅‑镁铝尖晶石复合耐火材料。本发明降低了该制品生坯样品的保存难度，提升了材料的高温力学强度，并同时具有热震稳定性高、抗煤渣侵蚀性好、生产成本低廉等优点。

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-镁铝尖晶石-铝复合耐火材料。

背景技术

水煤浆气化炉是煤气化领域的重要装置，是以煤和水为主要原料利用水煤浆在高温、高压环境下的燃烧制备气态H₂、CO、CO₂等化工原料的先进设备。水煤浆气化炉运行工况为：1300℃～1500℃高温、2.0～8.5MPa高压及由CO和H₂等气体形成的强还原气氛，其运行期间还伴随着高速气流、熔渣和固体物质对炉衬材料的冲刷和撞击。在高温环境和较高的炉内压力下，气、液、固相物质的不断冲刷导致炉衬材料发生严重的磨损和剥落，从而制约了水煤浆气化炉的正常运行，因此在选择水煤浆气化炉向火面炉衬材料时，其高温力学性能需作为重要的性能指标进行考虑。

目前水煤浆气化炉普遍采用高铬砖（Cr₂O₃-Al₂O₃-ZrO₂材料，其中Cr₂O₃＞75wt%）为炉衬耐火材料，其高温力学性能高，抗煤渣侵蚀性优良。高铬砖之所以具有优秀的高温力学性能，是因为Cr₂O₃与Al₂O₃具有相似的晶体结构，在一定的温度下Al₂O₃和Cr₂O₃产生较好的结晶，生成连续的铝铬型固溶体，增加材料基质的结合强度，从而提高其高温力学性能。但是高铬砖的主要成分Cr₂O₃是一种容易发生价态变化的氧化物，在一定条件下Cr₂O₃与CaO、Na₂O和K₂O发生反应会形成易溶于水的Cr⁶⁺，当六价铬氧化物进入地下后，地下水源会受到污染，对人类的健康造成一定危害。另外，我国的铬矿资源紧缺，含铬耐火材料生产成本高，因此水煤浆气化炉用无铬耐火材料的开发成为近年来的研究热点。

专利申请文件CN201711187027.6公开了一种碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料，其以碳化硅颗粒为骨料，镁铝尖晶石、氧化铝、氧化镁的细粉或微粉为基质，并且在基质中加入少量抗氧化剂（Si、Al、C、AlN、B₄C、BN中的一种或多种），压制成坯体后于1450～1600℃保护气氛或埋炭气氛下烧成。其所述碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料具有优秀的抗渣侵蚀和渗透性能，但高温力学性能较差（1400℃埋炭条件下高温抗折强度约2～4MPa），在水煤浆气化炉高温高压及气、液、固体不断冲刷的工况中，材料极易发生磨损和剥落，其优异的抗煤渣渗透和侵蚀性并不能得到体现；其高温力学强度低的主要原因是：在埋炭气氛或保护气氛下烧成，材料中的碳化硅仍会发生少量的氧化，生成的SiO₂进入基质，形成低熔点玻璃相，在高温使用过程中，玻璃相由固态转变为液态，破坏了材料基质结构的稳定性，从而导致其高温力学强度远低于常温力学强度；另外，在碳化硅-镁铝尖晶石复合耐火材料中使用金属铝粉作为抗氧化剂，金属铝粉化学性质十分活泼，室温下即可与空气中水蒸气发生反应生成H₂逸出并释放大量的热，从而破坏材料内部基质结构，增加了生坯样品的保存难度，同时大幅降低其高温力学强度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种碳化硅-镁铝尖晶石-铝复合耐火材料。