铬刚玉砖的性能及应用

以氧化铝-氧化铬为主要原料生产的高性能铬刚玉砖，具有耐火度高、强度大、热震稳定性好、抗侵蚀能力强的特点，使用中耐冲刷、耐磨损，抗侵蚀，抗结构剥落，已在冶金、玻璃、炭黑、石油化工行业取得了良好的使用效果。

刚玉砖已广泛应用于髙温、高压、化学侵蚀和机械磨损严重的石化热工装置中作内衬材料，随着石化行业生产技术的进步，生产中采用了很多新工艺和新技术，为使设备达到大负荷、长周期、低能耗、低成本的目的，除对各种热工设备进行改造外，还对各种热工设备的内衬材料提出了更高的要求。为此，开发了一种耐高温和抗侵蚀性更好的铬刚玉系列产品，以满足石化行业的需求。

1制品的研制及性能指标

铬刚玉系列产品所用原料是由氧化铝和氧化铬按一定比例配比，经过高温熔化合成的一种固溶体。采用特种耐火材料生产工艺制成耐火砖，可以改善和提高制品的内在质量，提高制品的高温性能。我厂开发生产的部分高性能铬刚玉砖(AK、AKZ)的理化性能指标与国外部分同类产品及刚玉砖的性能比较见表1。

　　表1 高性能铬刚玉的理化性能

可以看出，我厂生产的铬刚玉砖性能优异，可达到国外同类产品的质量水平，在使用中可替代进口耐火材料。

2.1 制品的耐火性能

由Al₂O₃-Cr₂0₃二元相图可知，A1₂0₃和Cr₂0₃能形成连续画溶体，而没有低共熔物物产生。因此，在高纯刚玉材料中加入Cr₂O₃，不论加入量多少，不仅不会降低材料的耐火性能，反而使材料的耐火性能有所提高。铬刚玉砖的耐火度(>1790℃)及荷重软化温度(>1700℃)均优于高纯刚玉制品。

2.2 制品的强度

高纯刚玉砖的常温耐压强度一般为70~100MPa，高性能铬刚玉砖的常温耐压强度一般>150MPa，其强度明显高于刚玉砖。这是由于制品在烧成过程中，其颗粒与顆粒之间，颗粒与细粉之间，细粉与细粉之间均形成了Al₂O₃-Cr₂0₃固溶体，该固溶体象桥一样把颗粒、细粉连接在一起，使材料的强度大大提高。

2.3 热震統性

据资料报道，在刚玉中加入Cr₂0₃，当Cr₂0₃含量为10%-66%时，材料的热震稳定性随Cr₂0₃含量的增加而降低，即含量低的铬刚玉砖，其热震稳定性好于Cr₂0₃含量高的铬刚玉砖。我厂推广应用的高性能铬刚玉砖Cr₂0₃含量在12%~20%之间，其热震稳定性比刚玉砖有所提高；尤其是加入少量产生相变的添加剂而生产出的AKZ型铬刚玉砖，热震稳定性更优。

2.4 抗渣傻蚀能力

图1为各种耐火材料氧化物在熔融煤渣中的溶解度。由图1可知，Cr₂0₃在媒气化炉渣(SiO₂-CaO系)及各种玻璃熔体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钢渣、有色冶炼渣、煤气化炉渣、油气化炉渣和各种玻璃熔体熔蚀能力。Cr₂O₃熔体或Cr₂O₃与炉渣反应生成的液相粘度比其他低熔物粘度大，这就阻止了熔渣沿毛细气孔向砖体内部渗透，避免形成变质层而产生结构剥落。

　　图1各种耐火材料氧化物在熔融煤渣中的溶解度

图2示出了不同Cr₂0₃含量的铬刚玉砖与刚玉砖被玻璃熔渣侵蚀的深度。试验表明：Cr₂0₃<17%时，砖中Cr₂0₃含量愈高，玻璃熔渣侵入的深度愈浅。

　　图2 铬刚玉砖和刚玉砖在玻璃熔体中的侵蚀深度

为了更进一步弄清气化炉熔渣对刚玉砖个铬刚玉砖的侵蚀情况，以坩埚法用气化炉渣样在1500℃下进行的抗渣试验表明：刚玉砖被熔渣严重侵蚀，炉渣全部渗入砖中，并沿砖内部气孔渗透到表面，砖变成褐色，几乎没有渣残留;铬刚玉砖几乎不被培渣侵蚀，渣与砖表面没有明显的化学反应，内孔边缘与残渣界限分明，渣向砖内渗透很少，砖孔周围只形成约5 ~ 10mm厚的变质层，大量熔渣残存于坩埚孔内。

通过理论分析及实践证明：铬刚玉砖抗气化炉熔渣的化学培蚀及渗透性均比刚玉砖好，抗结构剥落性也比刚玉砖优越。

3应用

在钢铁行业中使用，铬刚玉材质比刚玉材质使用寿命延长一倍以上，如钢包透气砖等;在有色冶炼行业使用，铬刚玉砖的耐磨性及抗侵蚀性明显优于其他砖种;在炭黑行业中，炭黑厂使用铬刚玉砖比相同条件下使用的刚玉砖寿命延长一倍。本次生产的AK型铬刚玉砖在炭黑厂的炭黑反应炉上使用，使用寿命已超过刚玉砖。

在石油化工行业中，大、中型化肥厂气化炉内由于长期高温(1350~1450℃)、高压、(3.1-8.53MPa)、强还原气氛(CO+H₂+CH₄)且气流速度大(约10m·s-1)，对炉衬耐火材料的侵蚀、破坏较严重，所以对炉衬耐火材料要求更高。高性能铬刚玉砖密度大，强度高，比刚玉砖更具抗气流冲刷能力及耐磨性。在刚玉砖中引人Cr₂O₃使制品的内在质量发生变化，使砖的抗熔渣侵蚀及抗渗透性显著提高，在气化炉上使用铬刚玉砖可以提高气化炉的使用寿命。