專利名稱：以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種耐火復(fù)合材料，主要涉及一種含Y2O3的以Cr2O3為基的耐火復(fù)合材料，主要用于以水煤漿或石油焦為原料的加壓氣化爐工作內(nèi)襯。
背景技術(shù)：
以水煤漿為原料的加壓氣化爐已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。水煤漿氣化法是一種既經(jīng)濟(jì)又高效的先進(jìn)氣化工藝，隨著氣化工藝的發(fā)展，目前又成功開發(fā)了一種以石油焦為原料的氣化法。它與水煤漿氣化工藝相比，具有效率更高，有用工藝氣體產(chǎn)率更大，且成本更低的優(yōu)點，但其爐襯被蝕更嚴(yán)重，壽命更低。長期來，無論是水煤漿加壓氣化爐還是石油焦加壓氣化爐工作襯，一直使用以Cr2O3為基的耐火材料，早期使用的MgO-Cr2O3-ZrO2-SiO2材料，由于氣化工藝的進(jìn)步，爐襯侵損特別嚴(yán)重，壽命較低。因此，開發(fā)了一種Cr2O3-Al2O3-ZrO2材料，其Cr2O3含量較高，降低了襯里的侵損速度，明顯提高其壽命，但長期使用發(fā)現(xiàn)，該材料中的ZrO2由于受熔渣中的富SiO2和富CaO作用，產(chǎn)生ZrO2-SiO2和ZrO2-CaO化合產(chǎn)物，上述產(chǎn)物盡管熔點較高。但其自身密度較ZrO2低，導(dǎo)致磚在使用過程中產(chǎn)生較大的體膨效應(yīng)，從而使磚在使用過程的不同段帶產(chǎn)生不同程度的裂紋，最終因受熱應(yīng)力和機械應(yīng)力的作用，裂紋逐漸擴(kuò)大，以片狀或塊狀形式離開磚體進(jìn)入熔渣中，加速了磚的損毀，這種材料(磚)用于以石油焦為原料的加壓氣化爐，其侵損情況較水煤漿氣化爐更為嚴(yán)重。另一方面，Cr2O3-Al2O3-ZrO2材料中的ZrO2熔點高達(dá)2600℃，是這些組元中熔點最高的氧化物，它除了與Al2O3具有共熔關(guān)系外，與主成分Cr2O3無共熔點。因此，制品的燒成溫度很高。從而可能導(dǎo)致成品率的降低，成本明顯的增大。從另一角度考慮，ZrO2中含有一定量的放射性物質(zhì)如HfO2(氧化鉿)，ThO2(氧化釷)等，對人體健康產(chǎn)生一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有Cr2O3-Al2O3-ZrO2材料在使用過程存在著較易受蝕、體膨效應(yīng)、燒成溫度高、放射性物質(zhì)對人體的損害等不足，本發(fā)明的主要目的是提供了一種含Y2O3的以Cr2O3為基的耐火復(fù)合材料，使其在水煤漿或石油焦氣化條件下，更能抗熔渣的化學(xué)侵蝕，不產(chǎn)生體膨效應(yīng)且無放射性物質(zhì)，燒成溫度較低。
本發(fā)明的次要目的是利用上述耐火復(fù)合材料，使其用于水煤漿或石油焦加壓氣化爐工作襯，且具有制造簡單、生產(chǎn)成本低、性能良好、使用壽命長的特點。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是以高致密度的電熔Cr2O3合成料為骨料，與含Y2O3的Cr2O3-Al2O3微粉組成的基質(zhì)組合，引入結(jié)合劑制成的耐火復(fù)合材料。
本發(fā)明所述的耐火復(fù)合材料的組成(重量比)為電熔Cr2O3合成料，其中，粒徑為1～4mm40～50％粒徑為0～1mm15～25％粒徑＜66um 16～25％混合活性粉 10～19％結(jié)合劑 2.5～3.5％上述組成中以粒徑為1～4mm、粒徑為0～1mm的電熔Cr2O3合成料作骨料；基質(zhì)部分由粒徑＜66um的電熔Cr2O3合成細(xì)粉以及混合活性粉構(gòu)成。
混合活性粉由活性工業(yè)Cr2O3粉、活性燒結(jié)Al2O3微粉和Y2O3微粉組成，其組成(重量比)為活性燒結(jié)Al2O3粉3～7％，粒度小于5μm；活性工業(yè)Cr2O3粉4～8％，粒經(jīng)小于44μm；Y2O3粉0.2～5％，粒徑小于44μm。
本發(fā)明所述的耐火復(fù)合材料的優(yōu)選組成(重量比)為電熔Cr2O3合成料中粒徑為1～4mm44～48％粒徑為0～1mm20～22％粒徑＜66um 20～22％混合活性粉中活性工業(yè)Cr2O3粉 5～7％活性燒結(jié)Al2O3微粉4～5％
Y2O3微粉 0.8～1.5％所述的結(jié)合劑是磷酸或磷酸二氫鋁或有結(jié)合作用的其它磷酸鹽或硫酸鹽，或是它們中二者按任何比例的組合。
由于本發(fā)明引入Y2O3對水煤漿或石油焦氣化后的熔渣介質(zhì)具有良好的抵抗瀝濾浸析和化學(xué)侵蝕作用，也就是說，本發(fā)明引入的Y2O3對該熔渣介質(zhì)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，或者說，它與熔渣介質(zhì)具有良好的相容性。與此同時，Y2O3在高溫?zé)蛇^程中可使材料主成分Cr2O3晶格扭曲變形，活化其晶格，顯著促進(jìn)該復(fù)合材料的燒結(jié)，也無與放射性物質(zhì)共生，基質(zhì)中的活性燒結(jié)Al2O3微粉與材料中的主成分Cr2O3在燒成過程形成連續(xù)固溶體，起活化Cr2O3晶格作用，也可明顯降低該復(fù)合材料的燒成溫度，但其量要控制在合適范圍，最好控制在4～6％(重量比)，這樣，既可保持其該復(fù)合材料具有良好的抗熔渣介質(zhì)的化學(xué)侵蝕性，又能明顯地起促燒作用。由此看來，該耐火復(fù)合材料中引入的Y2O3和Al2O3微粉對其燒結(jié)性具有雙重的促進(jìn)作用，其燒結(jié)溫度明顯降低，較現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的Cr2O3-Al2O3-ZrO2產(chǎn)品降低80～100℃。
本發(fā)明提出的耐火復(fù)合材料采用磷酸或磷酸鹽或硫酸鹽作結(jié)合劑，其中，磷酸或磷酸鹽兩類結(jié)合劑對以Cr2O3為基的耐火材料來說，尤為合適，其原因在于磷酸或磷酸鹽在制品燒成過程對氧的親合力遠(yuǎn)較Cr2O3大，即使在弱氧化氣氛中燒成，也不致將高密度Cr3+氧化成低密度Cr5+或Cr6+，可避免此氧化過程引起制品的體膨效應(yīng)，從而導(dǎo)致其開裂。同時，此類結(jié)合劑在整個燒成過程，制品強度隨著溫度升高而增加，無強度下降區(qū)。由此看來，采用此類結(jié)合劑既有利富Cr2O3復(fù)合制品的燒結(jié)，也對其獲得高強度起重要作用。
這種復(fù)合材料通過具有不同尺寸的顆粒骨料的合理分布，在其孔隙內(nèi)由基質(zhì)微粉的充填，可達(dá)到高的堆積密度，經(jīng)成型機成型后的坯體密度可達(dá)4.2～4.3g/cm3。坯體經(jīng)60℃～110℃烘干后，于1640～1670℃的弱還原氣氛下燒成。
利用本發(fā)明耐火復(fù)合材料制成的用于水煤漿或石油焦加壓的氣化爐工作襯，可降低其氣化爐襯侵損速率，提高使用壽命，也可降低制品的燒成溫度，提高成品率，降低生產(chǎn)成本，同時，也免除放射性物質(zhì)對人體的損害。
具體實施方案實施例1
本發(fā)明所述的耐火復(fù)合材料的組成(重量比)為電熔Cr2O3合成料粒徑為1～4mm48％粒徑為0～1mm17％粒徑＜66um 24％混合活性粉中活性燒結(jié)Al2O3粉4.5％，粒度小于5μm；活性工業(yè)Cr2O3粉5％，粒經(jīng)小于44μm；Y2O3粉1.5％，粒徑小于44μm。
將上述組成中的Cr2O3粉，活性燒結(jié)Al2O3粉和Y2O3粉按上述要求比例混合，用磷酸或磷酸二氫鋁溶液作結(jié)合劑，其加入量(外加)為3％(重量比)。在成型機上加壓成型，經(jīng)80℃烘干后，于1650℃的弱還原氣氛下燒成。
實施例2本發(fā)明所述的耐火復(fù)合材料的組成(重量比)為電熔Cr2O3合成料粒徑為1～4mm49％粒徑為0～1mm16％粒徑＜66um 22％混合活性粉中活性燒結(jié)Al2O3粉5％，粒徑小于5μm；活性工業(yè)Cr2O3粉7％，粒徑小于44μm；Y2O3粉1.0％，粒徑小于44μm。
將上述組成中的Cr2O3粉，活性燒結(jié)Al2O3粉和Y2O3粉按上述要求比例混合，用磷酸或磷酸二氫鋁溶液作結(jié)合劑，其加入量(外加)為3％(重量比)。在成型機上加壓成型，經(jīng)80℃烘干后，于1650℃的弱還原氣氛下燒成。
本發(fā)明燒后制品的主成分Cr2O3含量可在85～95％(重量比)之間。其它物理性能經(jīng)國家質(zhì)量檢測中心檢測結(jié)果如下顯氣孔率14～16％體積密度4.20～4.30g/cm3常溫耐壓強度15～180Mpa
權(quán)利要求
1.一種以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料，其特征在于所述的復(fù)合材料組成(重量比)為電熔Cr2O3合成料，其中粒徑為1～4mm 40～50％粒徑為0～1mm 15～25％粒徑＜66μm 16～25％混合活性粉 10～19％結(jié)合劑 2.5～3.5％
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料，其特征在于基質(zhì)部分是由粒徑＜66μm電熔Cr2O3合成粉和混合活性粉組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料，其特征在于混合活性粉的組成(重量比)為活性燒結(jié)Al2O3粉3～7％；活性工業(yè)Cr2O3粉4～8％；Y2O3粉0.2～5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料，其特征在于混合活性粉中，活性燒結(jié)Al2O3粉的粒徑小于5μm，活性工業(yè)Cr2O3粉的粒徑小于44μm，Y2O3粉的粒徑小于44μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料，其特征在于所述的耐火復(fù)合材料的優(yōu)選組成(重量比)為電熔Cr2O3合成料中粒徑為1～4mm 44～48％粒徑為0～1mm 20～22％粒徑＜66um 20～22％混合活性粉中活性工業(yè)Cr2O3粉 5～7％活性燒結(jié)Al2O3微粉4～5％Y2O3微粉 0.8～1.5％
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料，其特征在于所述的粘合劑是磷酸或磷酸二氫鋁或有結(jié)合作用的其它磷酸鹽或硫酸鹽，或是它們中二者按任何比例的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料，其特征在于耐火復(fù)合材料中Cr2O3的含量為85～95％(重量比)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以氧化鉻為基的耐火復(fù)合材料，其特征在于耐火復(fù)合材料在成型機上加壓成型，經(jīng)60°～110℃烘干后，于1640°～1670℃溫度下燒成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以Cr
文檔編號C04B35/01GK1690016SQ20041002398
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者朱德先, 施飛, 陳人品, 張宏達(dá), 張亞棟 申請人:洛陽耐火材料研究院