碳化硅質(zhì)耐火材料因其具有高的熱導(dǎo)率，低的熱膨脹系數(shù)，較好的耐磨性，以及幾乎不與熔渣反應(yīng)的特性，在電站循環(huán)流化床鍋爐中的使用得到了較為廣泛的應(yīng)用。以SiC粉和AL2O3粉為主要原料，以Cr2O3粉、ZrO2粉和鋯英石粉等為添加劑，研究其在不同溫度下抵抗煤灰侵蝕的性能。
一：碳化硅耐火材料配比及粉煤灰化學(xué)組成
試驗(yàn)碳化硅耐火材料則以SiC粉（工業(yè)純度SiC≥97%），AL2O3粉（工業(yè)純度AL2O3≥98%）為主要原料，并分別添加鋯英石粉（工業(yè)純度ZrO2≥65%）、ZrO2粉、Cr2O3、一級(jí)羥甲基纖維素（CMC）做結(jié)合劑配制成3種不同含量的成品料，配料成分表如下。
粉煤灰則是經(jīng)900℃保溫2h處理后用于抗侵蝕試驗(yàn)，熱處理后粉煤灰的化學(xué)組成；SiO2 46.39%，AL23O 35.76%，Fe2O3 3.37%，TiO2 0.71%，CaO 2.91%，MgO 1.20%，K2O 1.33%，Na2O 0.52%，燒失量0.19%。取1g熱處理后的粉煤灰分別平鋪在3組試樣的表面，然后放入硅鉬棒爐中以10℃·min-1分別升溫到1400、1450℃保溫20h。采用觀察粉煤灰在3組試樣表面上的結(jié)合與侵蝕情況對(duì)抗渣性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
二：結(jié)果與討論
1400℃處理后的粉煤灰對(duì)碳化硅耐火材料的侵蝕情況可見，試樣1#、2#、3#與粉煤灰均沒有出現(xiàn)明顯的反應(yīng)層，表明3種試樣在1400℃下均具有較強(qiáng)的抵抗粉煤灰侵蝕能力。1450℃處理后粉煤灰對(duì)試樣的侵蝕情況，1#試樣周圍出現(xiàn)了少許的反應(yīng)層，并帶有少量鼓泡；2#試樣表面粉煤灰有較明顯的濕潤(rùn)滲透現(xiàn)象，并有棕褐色氣泡；3#試樣更是產(chǎn)生了大量的氣泡，形成了穿透的氣泡層，粉煤灰色澤也出現(xiàn)了明顯的變化。結(jié)果表明；隨著溫度升高，試樣的抗渣性顯著降低，特別是2#試樣和3#試樣與粉煤灰更是發(fā)生了強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，其主要原因是SiC材料在高溫氧化氣氛下表面生成一層SiO2膜，氣體在這層膜中的擴(kuò)散比較慢，因此SiC的氧化也非常慢，即發(fā)生反應(yīng)式為SiC+2O2→SiO2+CO2的鈍性氧化。氧化產(chǎn)物SiO2可以阻止氧化的進(jìn)一步發(fā)生；但從1450℃起，SiO2膜會(huì)因開始融化產(chǎn)生相變而發(fā)生體積變化，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)變得疏松，氧化保護(hù)作用驟減，粉煤灰中Fe2O3、CaO和MgO此時(shí)極易與SiC氧化產(chǎn)生的SiO2形成Fe-Ca-Mg-Si系橄欖石，導(dǎo)致SiC材料的抗渣性急劇下降。
三：添加Cr2O3粉和ZrO2粉后的改良效果
2#試樣和3#試樣添加了相同量的鋯英石粉，不同的是2#試樣添加了10%Cr2O3和11%AL2O3，而3#試樣添加了5%Cr2O3和16%AL2O3。結(jié)果表明；在1450℃，粉煤灰對(duì)3#試樣侵蝕明顯要比2#試樣嚴(yán)重，這是由于在SiC質(zhì)材料中添加Cr2O3有利于物料分散、活化，同時(shí)，高溫下Cr2O3易于材料中剛玉顆粒反應(yīng)形成（AL2—Cr2）O3固溶體，生成的固溶體填充到顆粒間縫隙，降低氣孔率，從而減少灰渣熔融滲透；還有，由于Cr2O3不與煤灰組分反應(yīng)，因此，當(dāng)灰渣滲入到材料內(nèi)時(shí)，熔渣內(nèi)的Cr2O3仍以固體顆粒的形式存在，使?jié)B入材料內(nèi)的熔渣的粘度升高，有效抑制了熔渣進(jìn)一步向材料內(nèi)部滲透和侵蝕。因此，添加Cr2O3可以提高材料的抗渣性能，并隨著Cr2O3加入量的增加，材料的抗渣侵蝕性和抗渣滲透性均可得到明顯的改善。
四：結(jié)論
(1)電站鍋爐使用時(shí)，隨著溫度的升高，Sic質(zhì)耐火材料的抗渣性降低；SiC質(zhì)耐火材料在l 400℃的抗渣性能較強(qiáng)，當(dāng)溫度升至l 450℃時(shí)，材料的抗渣性能急劇下降。
(2)由于高溫下鋯英石中的SiO2：極易與堿性的粉煤灰發(fā)生反應(yīng)，形成低共熔物，使熔渣向耐火材料滲透，降低耐火材料的抗渣性能。
(3)耐火材料中的Cr2O3和AL2O3，生成的（AL2—Cr2）O3固溶體，使耐火材料更致密，同時(shí)Cr2O3，可使熔渣的黏度升高，可以有效阻止煤灰對(duì)耐火材料的侵蝕，提高耐火材料的抗渣性能，并隨著Cr2O3，加入量的增加，材料的抗渣侵蝕性和抗渣滲透性均可得到明顯的改善