灰熔融炉用耐火材料­

摘 要：由于环境保护的需要，灰熔融炉在废弃物处理技术中的应用已经十分盈要。SiC、C-SiC、Al2O3-­Cr2O3和MgO-Cr2O3质耐火材料根据工作环境的不同而常常用于各类灰熔融炉中。本文概述了上述几种材料在­各类灰熔融炉中的应用情况，同时也介绍了新开发无铬耐火材料的使用。这种以特制尖晶石为原料制造的无铬­耐火材料有与传统含铬材料相同或更好的抗侵蚀性能。从生态和环境的角度出发，这些无铬耐火材料的应用和­优化是未来灰熔融炉技术的研究方向。

关键词：灰熔融炉;无铬耐火材料;碳化硅;铝铬质耐火材料;镁铬质耐火材料

中图分类号：TQl75.7         文献标识码：B                         文章编号：1000-7563(2006)05-0013-06­

1 引言­

随着人们对环境问题的日益重视，废弃物处­理技术已十分重要。在日本大多数城市废弃物都­是用焚烧方法减容的。焚烧后的残余物，也称为­炉底灰，要用填埋的方法进行处理。而对除尘设­备收集的飞灰，在二次处理后也要进行填埋。但­从生态的角度出发，由于填埋地的缺乏，有必要­对这些灰渣进行熔融处理，然后回收为可二次使­用的工业渣。

­最近，为满足社会的需要，灰熔融炉和气化­熔融炉的建造-直在增加，各种耐火材料都可作­为这些熔融炉的内衬，而耐火材料的使用是熔融­炉安全稳定运行的关键技术之一。品川公司从灰­熔融炉投入使用就对其耐火材料进行了研究，通过实验室试验和对用过耐火材料及其炉内工况条­件的分析，探索了耐火材料的损毁机理。在这些­研究的基础上，确定了最适合各类熔融炉使用的­耐火材料。

­本文对各灰熔融炉用耐火材料的主要使用特­性给予介绍。

­2 不同类型熔融炉用耐火材料­

表1所示为灰熔融炉的类型、炉内气氛和经­常使用的耐火材料情况。各种耐火材料的使用取­决于炉内的工况条件，如炉型、气氛、温度、炉­渣的成份等。图1是从组成上对这些材料进行分­类，其中灰熔融炉所用的主要耐火材料由图中的­阴影处标出。通常渣线和出渣的部位材料的侵蚀­比较严重，含铬耐火材料，如Al2O3-Cr2O3和MgO-Cr2O3主要用于氧化气氛的熔融炉，而SiC­和C-SiC则主要用于还原气氛的熔融炉。

图2是当渣碱度从0.5到2.0变化时，通过­回转抗渣试验得出的炉渣碱度与耐火材料侵蚀率­之间的关系。C-SiC质耐火材料在还原气氛中，­不管碱度怎么变化都表现出了优良的抗侵蚀性­能。尽管SiC质耐火材料随碱度的增加侵蚀有少­量增加，但在整个碱度变化范围内仍能表现出很­好的抗侵蚀性能。作为氧化物耐火材料，Al2O3-Cr2O3在低碱度区域表现抗侵蚀性较好，而MgO-Cr2O3随渣碱度的增加，其抗侵蚀性增强。­

当灰熔融炉中只熔融炉底灰时，渣碱度通常­只有0.5左右，所以Al2O3-Cr2O3质耐火材料由­于其在低碱度区域较好的抗侵蚀性能而广泛应用­于此类熔融炉中。另一方面，以MgO-Cr2O3质耐­火材料作为灰熔融炉内衬是熔融石灰处理飞灰与­炉底灰的一个重要选择，这是由于石灰处理飞灰­后渣碱度增加的缘故。下面对各种耐火材料的使­用特点给予说明。

3 碳化硅及其含碳耐火材料

­表2是灰熔融炉中一些典型的SiC和C-SiC­砖的性能指标，表3是灰熔融炉中典型的SiC浇­注料的性能指标。这些材料的显著特点是它们在­还原气氛中有良好的抗侵蚀性、热震稳定性及抗­渣渗透性。另外，由于这些材料具有较高的热导­率，也适用于炉体的有效冷却。

上面提到C-SiC质耐火材料不论渣碱度如何­变化都有非常好的耐侵蚀性能，所以它们是还原­气氛下最适合且使用最普遍的耐火材料。SiC和­Al2O3-Cr2O3质耐火材料，从另一方面讲，可用于弱氧化和还原气氛中。特别是SBN-S100R，它­是纯度很高的SiC砖，有非常好的抗侵蚀性能。­图3是还原气氛中电阻炉炉衬材料的剖面图。­

4 铝铬质耐火材料­

表4和表5是一些典型的Al2O3-Cr2O3砖和­浇注料的性能。这些材料广泛地应用在各种氧化­气氛熔融炉中，如燃烧炉、等离子炉、电弧炉­等。图4是碱度为0.8时，用氧气-丙烷燃烧加热的回转抗渣试验中得出的Al2O3-Cr2O3浇注料­中Cr2O3含量与侵蚀深度的关系。从图中可以看­出，此种浇注料的侵蚀深度随着材料中Cr2O3含­量的增加而急剧减小，但在大于20%的区域，抗­侵蚀性提高得非常缓慢，且热稳定性大幅度减­弱，所以不论是砖还是浇注料，Cr2O3的最大含量­都在20%左右，但也存在含Cr2O380%的高铬浇­注料用在特殊场合的例子。作为烧成砖，ZrO2有­时也加入到Cr2O3材料中以提高材料的抗热震性。图5是氧化气氛的等离子炉中Al2O3-Cr2O3­质耐火材料作内衬的剖面图。

­5 镁铬质耐火材料

­表6和表7是-些典型的MgO-Cr2O3砖及其­浇注料的性能指标，这些材料的特点是在相当宽­的渣碱度范围内都有较好的耐高温性能和耐侵蚀­性能，特别是在高碱度区域抗侵蚀性更好，因此­把它们用在只熔融飞灰的熔融炉中，但另-方面，因为MgO-Cr2O3质耐火材料有很高的热膨­胀，且容易被渣渗透，因此其抗结构剥落的能力­通常较弱。由于这些缺点的存在，MgO-Cr2O3质­耐火材料不适合用于大容量且温度频繁变化的间­歇式熔融炉里。

­6 无铬耐火材料­

上面提到，含铬耐火材料，如A12O3-Cr2O3­和MgO-Cr2O3，广泛的用在氧化气氛的熔融炉­中，这些材料中三价铬本身没有毒性，但在使用­过程中可能形成有毒的六价铬化合物。因此，为­避免环境污染，必须对用过的耐火材料进行严格­的处理。为了改善这种状况，在灰熔融炉中应用­无铬耐火材料就非常重要了。­

为满足社会的需要，品川公司研制了灰熔融­炉使用以特制尖晶石为原料制备的无铬耐火材­料。表8和表9是所开发的无铬耐火砖及浇注料­的性能指标。这些新材料有很好的抗侵蚀性，能­用来代替传统的含铬耐火材料。

图6是表8中无铬耐火砖与传统A12O3-Cr2O3砖的侵蚀深度对比，试验在氧气-丙烷燃烧加热­的回转抗渣设备中进行，灰渣的碱度为0.8。这两种无铬耐火砖与传统含12%Cr2O3的A12O3-Cr2O3砖相比有几乎相同或更好的抗侵蚀性能。铝­质的ELK-90X-1设计用于低碱度的灰熔融炉­中，而镁质的ELK-10X-1设计用于碱度相对较­高的灰熔融炉。然而，在碱度低于0.8时，这两­种砖与普通的A12O3，-Cr2O3砖相比能表现出相同­甚至更好的性能，这已经在回转窑灰熔融炉的实­际应用中证实。

 

­图7是表9所示的无铬耐火浇注料与传统­A12O3-Cr2O3质浇注料侵蚀深度的对比，试验在­氧气-丙烷燃烧加热的回转抗渣设备中进行，灰­碱度为1.0。两种浇注料，CST-A8136和CST-A8137，表现的抗侵蚀性与20%Cr2O3，的A12O3-Cr2O3质浇注料几乎相同。

­7 结论­

本文介绍了各种灰熔融炉用耐火材料的应用­情况，根据炉内工作环境，如炉内气氛、温度、­灰渣成份等的严格分析来选择合适的耐火材料是­非常重要的。此外，尽管没有提及，耐火内衬的­设计，包括耐火砖的布置和膨胀缝的设计，对灰­熔融炉安全稳定的运行也非常重要。

作为未来灰熔融炉用耐火材料的研究，飞灰­的熔融侵蚀和无铬材料的实现，以完全代替含铬­材料，成为以后主要的研究内容。­

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】