以氧化鋁-氧化鉻為主要原料生產(chǎn)的高性能鉻剛玉磚，具有耐火度高、強(qiáng)度大、熱震穩(wěn)定性好、抗侵蝕能力強(qiáng)的特點(diǎn)，使用中耐沖刷、耐磨損，抗侵蝕，抗結(jié)構(gòu)剝落，已在冶金、玻璃、炭黑、石油化工行業(yè)取得了良好的使用效果。
剛玉磚已廣泛應(yīng)用于髙溫、高壓、化學(xué)侵蝕和機(jī)械磨損嚴(yán)重的石化熱工裝置中作內(nèi)襯材料，隨著石化行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，生產(chǎn)中采用了很多新工藝和新技術(shù)，為使設(shè)備達(dá)到大負(fù)荷、長(zhǎng)周期、低能耗、低成本的目的，除對(duì)各種熱工設(shè)備進(jìn)行改造外，還對(duì)各種熱工設(shè)備的內(nèi)襯材料提出了更高的要求。為此，開發(fā)了一種耐高溫和抗侵蝕性更好的鉻剛玉系列產(chǎn)品，以滿足石化行業(yè)的需求。
1制品的研制及性能指標(biāo)
鉻剛玉系列產(chǎn)品所用原料是由氧化鋁和氧化鉻按一定比例配比，經(jīng)過高溫熔化合成的一種固溶體。采用特種耐火材料生產(chǎn)工藝制成耐火磚，可以改善和提高制品的內(nèi)在質(zhì)量，提高制品的高溫性能。我廠開發(fā)生產(chǎn)的部分高性能鉻剛玉磚(AK、AKZ)的理化性能指標(biāo)與國(guó)外部分同類產(chǎn)品及剛玉磚的性能比較見表1。
表1 高性能鉻剛玉的理化性能
可以看出，我廠生產(chǎn)的鉻剛玉磚性能優(yōu)異，可達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的質(zhì)量水平，在使用中可替代進(jìn)口耐火材料。
2.1 制品的耐火性能
由Al2O3-Cr203二元相圖可知，A1203和Cr203能形成連續(xù)畫溶體，而沒有低共熔物物產(chǎn)生。因此，在高純剛玉材料中加入Cr2O3，不論加入量多少，不僅不會(huì)降低材料的耐火性能，反而使材料的耐火性能有所提高。鉻剛玉磚的耐火度(>1790℃)及荷重軟化溫度(>1700℃)均優(yōu)于高純剛玉制品。
2.2 制品的強(qiáng)度
高純剛玉磚的常溫耐壓強(qiáng)度一般為70~100MPa，高性能鉻剛玉磚的常溫耐壓強(qiáng)度一般>150MPa，其強(qiáng)度明顯高于剛玉磚。這是由于制品在燒成過程中，其顆粒與顆粒之間，顆粒與細(xì)粉之間，細(xì)粉與細(xì)粉之間均形成了Al2O3-Cr203固溶體，該固溶體象橋一樣把顆粒、細(xì)粉連接在一起，使材料的強(qiáng)度大大提高。
2.3 熱震統(tǒng)性
據(jù)資料報(bào)道，在剛玉中加入Cr203，當(dāng)Cr203含量為10%-66%時(shí)，材料的熱震穩(wěn)定性隨Cr203含量的增加而降低，即含量低的鉻剛玉磚，其熱震穩(wěn)定性好于Cr203含量高的鉻剛玉磚。我廠推廣應(yīng)用的高性能鉻剛玉磚Cr203含量在12%~20%之間，其熱震穩(wěn)定性比剛玉磚有所提高；尤其是加入少量產(chǎn)生相變的添加劑而生產(chǎn)出的AKZ型鉻剛玉磚，熱震穩(wěn)定性更優(yōu)。
2.4 抗渣傻蝕能力
圖1為各種耐火材料氧化物在熔融煤渣中的溶解度。由圖1可知，Cr203在媒氣化爐渣(SiO2-CaO系)及各種玻璃熔體中的溶解度比其他氧化物材料的溶解度要小得多。因而Cr2O3或含Cr2O3的耐火材料具有良好的抗鋼渣、有色冶煉渣、煤氣化爐渣、油氣化爐渣和各種玻璃熔體熔蝕能力。Cr2O3熔體或Cr2O3與爐渣反應(yīng)生成的液相粘度比其他低熔物粘度大，這就阻止了熔渣沿毛細(xì)氣孔向磚體內(nèi)部滲透，避免形成變質(zhì)層而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)剝落。
圖1各種耐火材料氧化物在熔融煤渣中的溶解度
圖2示出了不同Cr203含量的鉻剛玉磚與剛玉磚被玻璃熔渣侵蝕的深度。試驗(yàn)表明：Cr203<17%時(shí)，磚中Cr203含量愈高，玻璃熔渣侵入的深度愈淺。
圖2 鉻剛玉磚和剛玉磚在玻璃熔體中的侵蝕深度
為了更進(jìn)一步弄清氣化爐熔渣對(duì)剛玉磚個(gè)鉻剛玉磚的侵蝕情況，以坩堝法用氣化爐渣樣在1500℃下進(jìn)行的抗渣試驗(yàn)表明：剛玉磚被熔渣嚴(yán)重侵蝕，爐渣全部滲入磚中，并沿磚內(nèi)部氣孔滲透到表面，磚變成褐色，幾乎沒有渣殘留;鉻剛玉磚幾乎不被培渣侵蝕，渣與磚表面沒有明顯的化學(xué)反應(yīng)，內(nèi)孔邊緣與殘?jiān)缦薹置�，渣向磚內(nèi)滲透很少，磚孔周圍只形成約5 ~ 10mm厚的變質(zhì)層，大量熔渣殘存于坩堝孔內(nèi)。
通過理論分析及實(shí)踐證明：鉻剛玉磚抗氣化爐熔渣的化學(xué)培蝕及滲透性均比剛玉磚好，抗結(jié)構(gòu)剝落性也比剛玉磚優(yōu)越。
3應(yīng)用
在鋼鐵行業(yè)中使用，鉻剛玉材質(zhì)比剛玉材質(zhì)使用壽命延長(zhǎng)一倍以上，如鋼包透氣磚等;在有色冶煉行業(yè)使用，鉻剛玉磚的耐磨性及抗侵蝕性明顯優(yōu)于其他磚種;在炭黑行業(yè)中，炭黑廠使用鉻剛玉磚比相同條件下使用的剛玉磚壽命延長(zhǎng)一倍。本次生產(chǎn)的AK型鉻剛玉磚在炭黑廠的炭黑反應(yīng)爐上使用，使用壽命已超過剛玉磚。
在石油化工行業(yè)中，大、中型化肥廠氣化爐內(nèi)由于長(zhǎng)期高溫(1350~1450℃)、高壓、(3.1-8.53MPa)、強(qiáng)還原氣氛(CO+H2+CH4)且氣流速度大(約10m·s-1)，對(duì)爐襯耐火材料的侵蝕、破壞較嚴(yán)重，所以對(duì)爐襯耐火材料要求更高。高性能鉻剛玉磚密度大，強(qiáng)度高，比剛玉磚更具抗氣流沖刷能力及耐磨性。在剛玉磚中引人Cr2O3使制品的內(nèi)在質(zhì)量發(fā)生變化，使磚的抗熔渣侵蝕及抗?jié)B透性顯著提高，在氣化爐上使用鉻剛玉磚可以提高氣化爐的使用壽命。