铬刚玉砖(chrome-corundum brick)是指含Cr₂O₃的刚玉质耐火制品,主要矿物组成为α-Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体,次要矿物组成为少量复合尖晶石(或不含复合尖晶石),氧化铬含量为1%-30%的耐火砖。铬刚玉砖有熔铸铬刚玉砖和烧结铬刚玉砖两种,一般情况下铬刚玉砖就是指烧结铬刚玉砖。
成分
氧化铝(Al₂O₃)
氧化铝是铬刚玉砖的主要成分之一,以α-Al₂O₃为原料,它赋予了铬刚玉砖高耐火性的基础。α-Al₂O₃具有高熔点(约2050℃),使得铬刚玉砖能够在高温环境下保持稳定的物理和化学性能,可在1790℃以上的高温环境下长期使用。
氧化铬(Cr₂O₃)
氧化铬的加入对铬刚玉砖的性能有着多方面的提升作用。
提高耐火性能:从Al₂O₃-Cr₂O₃二元相图可知,Al₂O₃和Cr₂O₃能形成连续固溶体,而没有低共熔物产生。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,铬刚玉砖的耐火度和荷重软化温度均优于高纯刚玉砖。
增强强度:在制品烧成过程中,颗粒与颗粒之间、颗粒与细粉之间、细粉与细粉之间均形成了Al₂O₃-Cr₂O₃固溶体,该固溶体像桥一样把颗粒、细粉连接在一起,使材料的强度大大提高。高性能铬刚玉砖的常温耐压强度一般>150MPa,明显高于普通刚玉砖(常温耐压强度一般为70-100MPa)。
改善抗热震性:适量的Cr₂O₃能增强铬刚玉砖的抗热震性和抗剥落性能。不过,当Cr₂O₃含量为10%-66%时,材料的热震稳定性随Cr₂O₃含量的增加而降低,高性能铬刚玉砖Cr₂O₃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。
提高抗渣侵蚀能力:Cr₂O₃在煤气化炉渣(SK₂-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侵蚀能力。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。
特点
高耐火性
铬刚玉砖以刚玉(α-Al₂O₃)为主晶相,耐火度可达1790℃以上,具有优异的耐火性能,可在高温环境下长期使用,能承受钢铁冶炼、水泥回转窑、玻璃熔窑等工业窑炉中的高温。
优异的抗热震性
由于加入了适量的铬氧化物(Cr₂O₃),增强了其抗热震性和抗剥落性能,能够承受温度的急剧变化而不发生破裂或剥落,适应工业窑炉在升温、降温过程中的热冲击。
高强度和耐腐蚀性
铬氧化物提高了砖体的结构强度,常温及高温下抗压强度高(常温抗压强度可达100-200MPa),同时对酸性、碱性和熔渣的侵蚀有较强的抵抗力,尤其适用于含铁或含碱成分较高的熔渣环境,可有效抵抗高温钢水、炉渣、腐蚀性气体等的侵蚀。
化学稳定性好
在高温下的化学稳定性较强,尤其是在氧化气氛和弱还原气氛中表现出良好的适用性,能保持自身性能的稳定,不与周围介质发生化学反应,保证了在复杂化学环境下的使用寿命。
耐磨性高
铬刚玉砖表面硬度高,能够承受强烈的机械摩擦和磨损,适用于有物料冲刷、摩擦的部位,如高炉出铁沟、轧钢加热炉的滑轨等。
应用
冶金行业
炼钢炉:用于炼钢炉的炉顶、侧墙、炉门以及渣线部位,因其高温耐受性好、抗熔渣性能突出,能够抵抗高温钢水和炉渣的侵蚀,延长炉衬的使用寿命。
精炼炉:在精炼炉中,铬刚玉砖能够承受高温度和高腐蚀环境,保证精炼过程的顺利进行。
高炉出铁沟、混铁炉:这些区域需要高抗渣性的材料,铬刚玉砖的抗渣侵蚀能力使其成为理想的选择。
铁水预处理设备:如鱼雷罐、混铁车内衬,铬刚玉砖可以抵抗铁水的高温和化学侵蚀。
有色金属冶炼
用于处理铜、铝、镍等有色金属的熔炼设备,如熔炼炉内衬。特别适用于高温侵蚀性的高强度工作环境,能够承受有色金属熔炼过程中的高温和化学腐蚀。
水泥工业
用于回转窑的烧成带、高温带,因其抗碱侵蚀和耐磨损性能优越,可抵抗水泥熟料在煅烧过程中产生的碱性物质的侵蚀,同时承受物料的磨损。
玻璃工业
用于玻璃熔窑中的关键部位,如蓄热室和通道区域、熔池、流液洞等部位,抵抗高温玻璃液的侵蚀。因其高温耐受性好和耐化学腐蚀性能出色,能够保证玻璃熔制过程的稳定进行。
化工行业
用于高温炉、气化炉等需要高耐腐蚀性和耐磨性的设备衬里,如大中型化肥厂气化炉内,铬刚玉砖可以承受长期高温(1350-1450℃)、高压(3.1-8.53MPa)、强还原气氛(CO+H₂+CH₄)、高空气流速(约10m·s⁻¹)的环境,减少内衬耐火材料的腐蚀和破坏。
(六)其他行业
在垃圾焚烧炉中,铬刚玉砖能够抵抗高温和腐蚀性气体的侵蚀;在炭黑行业,铬刚玉砖用于炭黑反应器,其使用寿命明显长于刚玉砖等其他材料。