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      使用6年后干熄爐氮化物結(jié)合碳化硅磚的變化

      2021-08-25 05:13:02曹會(huì)彥黃志剛王鑫惠吳吉光
      耐火材料 2021年4期
      關(guān)鍵詞:芯部物相牛腿

      曹會(huì)彥 黃志剛 李 杰 王鑫惠 吳吉光

      中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院有限公司先進(jìn)耐火材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

      干熄焦技術(shù)(CDQ)是鋼鐵工業(yè)重大的節(jié)能環(huán)保技術(shù)[1]。莫來(lái)石磚和碳化硅磚是目前干熄爐斜道區(qū)應(yīng)用較多的兩種材料。前者在一代爐役內(nèi)維修次數(shù)多、維修時(shí)間長(zhǎng)。后者基本可以實(shí)現(xiàn)一代爐役內(nèi)無(wú)維修,從焦化用戶(hù)的發(fā)電效益、煉鐵延伸效益、環(huán)保效益、高爐穩(wěn)定順行等綜合考慮,優(yōu)勢(shì)較為明顯[2-5]??蒲腥藛T也對(duì)干熄爐斜道區(qū)材料性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等開(kāi)展了大量研究工作[6-9]。

      在本工作中,研究了某170 t·h-1干熄爐“牛腿”上部和下部使用6年后的氮化物結(jié)合碳化硅磚在化學(xué)組成、致密度、常溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、氣孔孔徑、物相組成、顯微結(jié)構(gòu)等方面的變化。

      1 取樣及表征

      本次研究的氮化物結(jié)合碳化硅磚取自某170 t·h-1干熄爐使用6年后的“牛腿”上部和下部。

      按照GB/T 2997—2000檢測(cè)“牛腿”磚的顯氣孔率和體積密度,分別按照GB/T 3001—2017和GB/T 3002—2017檢測(cè)“牛腿”磚的常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度。

      利用PHILIPS X’Pert 30X 型 XRD衍射儀(Cu靶)分析磚的物相組成。用定氮儀等測(cè)定化學(xué)成分變化利用PHILIPS-XL30型掃描電鏡觀察顯微結(jié)構(gòu)變化,利用AUTOPCYE型壓汞儀分析氣孔孔徑分布。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 化學(xué)組成

      原磚及用后“牛腿”上部磚和下部磚的化學(xué)組成見(jiàn)表1。

      表1 試樣的化學(xué)組成及其變化

      從表1可以看出:與原磚相比,用后“牛腿”上部磚和下部磚表層和芯部的SiC含量和Si3N4含量均減少,SiO2含量均大幅度增多。比較來(lái)看,Si3N4的減少幅度比SiC的大,上部磚的減少幅度比下部磚的大,表層的減少幅度比芯部的大。分析認(rèn)為,SiC、Si3N4、SiO2含量的變化是由SiC和Si3N4的氧化造成的。這表明,上部磚的氧化程度比下部磚的嚴(yán)重,表層的氧化比芯部的嚴(yán)重。

      2.2 致密度、強(qiáng)度和強(qiáng)度保持率

      原磚及用后“牛腿”上部磚和下部磚的致密度和強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。可以看出:與原磚相比,用后“牛腿”上部磚和下部磚的顯氣孔率均顯著減??;上部磚的常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度也顯著減小,但下部磚的常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度減小幅度不大。比較來(lái)看,下部磚顯氣孔率的減小幅度比上部磚的大,常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度的減小幅度比上部磚的小。分析認(rèn)為,氧化產(chǎn)物堵塞原磚的部分氣孔是導(dǎo)致用后磚氣孔率減小的主要原因,而氧化是導(dǎo)致用后磚強(qiáng)度減小的主要原因。從氣孔率和強(qiáng)度的變化也可以看出,上部磚的氧化程度比下部磚的嚴(yán)重。

      表2 試樣的致密度、強(qiáng)度和強(qiáng)度保持率

      2.3 氣孔孔徑分布

      原磚及用后“牛腿”上部磚和下部磚的氣孔孔徑分布見(jiàn)表3??梢钥闯觯号c原磚相比,用后“牛腿”上部磚表層的d50增大239%,<1μm氣孔占比減小15%,>10μm氣孔占比增大120%;上部磚芯部的d50增大20%,<1μm氣孔占比沒(méi)有變化,>10μm氣孔占比增大7%;下部磚表層的d50增大63%,<1μm氣孔占比減小23%,>10μm氣孔占比增大40%。

      表3 試樣的氣孔孔徑分布

      2.4 物相組成

      原磚及用后“牛腿”上部磚和下部磚的物相組成分析結(jié)果見(jiàn)表4??梢钥闯觯涸u是以α-Si3N4、β-Si3N4和Si2N2O為結(jié)合相的碳化硅磚。使用6年后,“牛腿”上部磚表層的α-Si3N4消失,出現(xiàn)了5%~10%的方石英和3%~5%的石英;“牛腿”下部磚的表層和芯部的α-Si3N4均有減少,均出現(xiàn)了3%~5%的方石英,分別出現(xiàn)了3%的鱗石英和1%~3%的石英。SiO2物相的出現(xiàn)肯定與SiC和Si3N4的氧化有關(guān);α-Si3N4的減少和消失與它的氧化以及向β-Si3N4的轉(zhuǎn)變有關(guān)。從物相組成也可以看出,上部磚的氧化比下部磚的嚴(yán)重,表層的氧化比芯部的嚴(yán)重。

      表4 試樣的物相組成

      2.5 顯微結(jié)構(gòu)

      用后“牛腿”上部磚表層、上部磚芯部和下部磚表層的顯微結(jié)構(gòu)照片見(jiàn)圖1。可以看出:上部磚表層Si3N4的形貌特征已消失,被氧化膜包裹,孔徑較大,見(jiàn)圖1(a);上部磚芯部的氮化硅基本上保留了其形貌特征,但氮化硅表面被氧化膜包裹,見(jiàn)圖1(b);下部磚表層仍有少量氮化硅保留了其形貌特征,見(jiàn)圖1(c)。

      圖1 用后“牛腿”不同部位的顯微結(jié)構(gòu)照片

      3 結(jié)論

      (1)在170 t·h-1干熄爐使用6年后,氮化物結(jié)合碳化硅質(zhì)“牛腿”上部磚和下部磚的SiC含量和Si3N4含量均減少,SiO2含量均大幅度增多(增多291.3%~722.5%),氣孔孔徑均增大(d50增大22%~239%);上部磚的常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度大幅減?。ǚ謩e減小47.9%和48.5%),下部磚的常溫抗折強(qiáng)度和高溫抗折強(qiáng)度小幅減小(分別減小8.6%和11.0%)。

      (2)用后氮化物結(jié)合碳化硅磚的上述變化是氧化造成的。上部的氧化比下部的嚴(yán)重,表層的氧化比內(nèi)部的嚴(yán)重。

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