炭黑反应炉用铬刚玉不定形耐火材料的研制.doc

炭黑反应炉用铬刚玉不定形耐火材料的研制 齐晓青 王玉范徐明 朱永宁 洛阳耐火材料研究院河南洛阳4 7l 0 39 摘要 本文叙述了炭黑反应炉对耐’欠材料的要求，研究了工业氧化铬，电熔氯化铬及添加 剂对刚玉不定形耐火材料物理性能的影响．结果表明，电熔氧化铬的引八，配咀适量添加刹， 不仅显著提高材料的常温性能，而且对材料的相组成产生影响，因而提高材料的高温使用性能。 l前言 随着我国橡胶丁业的不断发展，各种新T艺和新技术小断出现。目前，我国正在大力发展 具有国际水平的高温、超高温新工艺炭黑生产技术，丽新T=艺炭黑生产的关键设备一～反应炉， 其能否长期正常运转，需要解决的关键问题是反应炉内村所用耐火材料的品种和性能。目前我 国已经运转的反应炉有L7台，其炉衬热面材料均采用进口铬刚玉不定形耐火材料，浚铬刚玉 材料价格昂贵，每炉耐火材料费用在100万元左右，因此，炉村耐火材料国家产业化就具有非 常重要的意义。 2新工艺炭黑反应炉热面材料的使用条件及对材质的要求 2 1炉衬热面材料的使用条件 炭黑反应温度1927℃ 高温气流速度450m／s超音速 年产炭黑1．5—2．0万吨 炭黑的生成反应cnHⅢ一nc+罢片二 Z 在一定的氧分压下。将会生成co，这种co沿着耐火内衬材料气孔通道渗入材料内部，导 致材料气扎内co相埘分压增大，从而发生布氏反应：2cO(g)一c(s)+c嘎(g)，生成的这种 c和部分炭黑生产过程生成的超细度c将沉积在耐火材料的气隙内，导致酣火材料的膨胀JI：裂， 或者还原耐材组分，破坏其直接结合结构．同样，反应产物f{。对耐材组分也起破坏作用。另一 方_向．燃料油和原料油热解厉产生的灰分(如v、Ni、Na、ca、s等氧化物)埘耐火材料也有 相、’的破坏作用。 ·3 4 2·  2 2对材质的要求 炭黑反应炉(燃烧段、喉管段、-反应段)内衬材料在使用过程主要承受超高温和反应产物 c、co、也及灰分的化学侵蚀、高温熔融、超音速气流机械冲刷阻及停开炉热震等作用。因此， 反应炉内衬材料应具有如下特性： (1)商的耐火度，在高温下不软化、不变形； (2)优良的高温体积稳定性和强还原气氛下的稳定性： (3)较强的抗熔灰侵蚀性； (4)高的高温强度，以抵抗高速气体的冲刷； (5)良好的抗热震稳定性。 3铝铬材质的选材试验和结果 3，1铝铬材料的选择 传统的炭黑生产方法已远不能满足经济和环保方面日益严格的要求。先进的炭黑生产技术 具备以下特点：(1)单炉生产能力大，能耗低(2)工艺流程完善．技术装置水平和自控水平 高；(3)环保水平高，对环境污染小；(4)产品包装自动化，运输机械化；减轻了丁．人劳动强 度，提高了劳动生产率。新工艺炭黑技术集中了这些特点，在提高能源利用率，满足环保的要 求和大大增加经济效益方面都达到了工业化成熟阶段。我国将大力发展该技术，以使生产更多 的化工原料，满足橡胶工业对炭黑的巨大需求。 炭黑工业所用的耐火材料，经历了使用高铝砖和刚玉砖等阶段．近年来，在炭黑反应炉中 开始采用耐火混凝士和不定形耐火材料。各国对不烧整体内衬以及不同品级的不定形耐火浇注 料进行了研究，Al：如、cr：0_。zro：是目前研究最多的三种。由于cr：魄、zrm这两种材料价格很 高，冈此A1。o。是目前炭黑行业广泛应用的一种。用Al=0：。、一cn0。耐火材料，允许使用温度高于 1900℃，当采用zr0：，允许使用温度甚至可超过2000℃，但这种材料的使用限于氧化气氛中。 销铬耐火材料可山Al：0x—cr．0、的相图进行解释，如图l所示。 q ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ q岛 山R qq 图1 AI zO。一crz0。系统相图  在Al：0r七r!O。二元体系中，液一同相曲线从Al：O、的熔点(2045℃)开始到cr二0：，的熔点(2275 ℃)是连续升高的。从图l可见，山液相曲线和固相曲线将Al：0：一和cr：0、两组分连接起来的是 两条平滑的曲线。图l中的同一液相曲线是表示在不同温度下所析出的品体组成，曲线早扁头 掣。在图1中出现的同溶体是山呈近似微晶参数的结晶在相同的三角品系中连续的A1：0，一cr：0=， 的丽体渗液构成的，困而是同晶形的。在Al：0，中引入cr!O、可提高其液相出现的温度，即提高 刚玉材料的使用温度。 3．2原料 主要原料有电熔自刚玉、日一Al。O。微粉、工业氧化铬绿，电熔氧化铬、m—zro。微粉及磷 酸_-氢铝和复合外加剂(见表1)。 表1 主要原料的理化的性能 。 化学成份(％) W 日 密度(g／cm。) Al 20， Si0： Fe。0．； R，O Cr20t Zr02 1 电熔白刚玉 ≥98．1 ≤0．2 ≤O．4 ≤0．4 ≥3．5 口一A1 zO：。微粉 ≥98．5 ≤