生产设备先进性对气化炉用耐材产品性能的影响.doc

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内外最常用的水煤浆气化炉，气化温度通常为1200℃~1600℃，气化压力 2.0MPa~8.5MPa，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SEM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。 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，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，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/cm3） 60吨电熔炉中心位置 5.1 60吨电熔炉距中心50cm位置 5.05 60吨电熔炉距中心100cm位置 4.98 30吨电熔炉中心位置 5.02 30吨电熔炉距中心50cm位置 4.96 30吨电熔炉距中心100cm位置 4.81 Fig.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。 Fig.2 不同电熔炉距中心位置50cm处样品的显微结构图片 混合设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 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 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