可應(yīng)用于燃氣輪機燃燒室的剛玉-莫來石燒成磚及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于燃氣輪機燃燒室的耐火材料，特別涉及一種剛玉-莫來石燒成磚，一種用于燒制上述剛玉-莫來石燒成磚的方法以及應(yīng)用上述方法得到的剛玉-莫來石燒成磚。
【背景技術(shù)】
[0002]熱力發(fā)電(火力發(fā)電)是當前國內(nèi)常規(guī)電源的主要來源，其依靠蒸汽輪機發(fā)電機組，提供工業(yè)和民用常用電源。而由于社會發(fā)展的需要，燃氣電站越建越大，大裝機容量、超大裝機容量燃氣輪機應(yīng)用越來越多，對燃氣輪機燃燒室、透平等使用的耐高溫材料選用要求也逐漸苛刻。常規(guī)航空、船舶等使用中小容量燃氣輪機由于燃氣溫度相對較低(600-1200°C )多采用具有高溫抗氧化和抗燃氣腐蝕的高溫合金，如鎳基合金，并噴涂相應(yīng)防護涂層；而發(fā)電用重型燃氣輪機由燃燒區(qū)流出高速高溫燃氣溫度高達1600-2000°C，合金在此高溫狀態(tài)下根本無法使用，因此必須砌筑具有高耐火度和強度耐火材料對燃燒室進行保護，以延長燃燒室使用壽命。根據(jù)重型燃氣輪機燃料、噴射燃燒的特點，要求相應(yīng)耐材在具備一定抗酸性氣氛侵蝕前提下，具有較高的耐火度、優(yōu)異的抗沖刷性能和熱震穩(wěn)定性?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)存在有以剛玉以及莫來石為原料燒制得到的燒成磚產(chǎn)品，但上述產(chǎn)品的缺點在于，其強度無法滿足要求，為了提高其強度，尚需要在其中加入一些雜質(zhì)顆粒，使得其耐火性有所下降。此外，現(xiàn)有的燒成磚的穩(wěn)定性不高，特別是當雜質(zhì)含量較高時，其穩(wěn)定性較差，在急冷急熱的環(huán)境中，容易造成燒成磚由燃燒室爐壁脫落等問題。
[0003]綜合各性能要求，本發(fā)明選取抗酸性氧化物侵蝕良好且耐磨的剛玉、熱震穩(wěn)定性優(yōu)良的莫來石作為主要原料，經(jīng)高溫燒成制備了一種新型剛玉-莫來石燒成磚，目的是提供一種具備強度較高且穩(wěn)定、體積穩(wěn)定性良好、滿足重型燃氣輪機燃燒室使用的剛玉-莫來石燒成磚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的剛玉-莫來石燒成磚的耐火性、強度、耐沖擊等綜合指標不滿足要求的缺點，提供了一種剛玉-莫來石燒成磚以及相應(yīng)的制備方法，可以制備一種滿足重型燃氣輪機燃燒室的使用環(huán)境的燒成磚，從而延長燃燒室的使用壽命。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案:
[0006]一種剛玉-莫來石燒成磚，至少由以下原料經(jīng)混料、成型、高溫燒結(jié)后得到，所述原料有質(zhì)量百分比為30-40%的剛玉顆粒、35-45%的莫來石顆粒、余量為剛玉細粉和活性a -AL2O3微粉，其中，細粉和微粉具有相對顆粒更小的粒度。通常而言，還會包括適量的無機膠結(jié)劑，無機膠結(jié)劑為紙漿廢液、鋁溶膠、P -AL2O3或磷酸二氫鋁中的一種，無機膠結(jié)劑加入量占剛玉顆粒、莫來石顆粒以及細粉總質(zhì)量的1.5-3.0%。其中，使用上述原料燒制成的剛玉-莫來石燒成磚屬于中偏酸性耐火材料，具有較好的抵抗酸性液態(tài)或者氣態(tài)氧化物侵蝕的能力，對于重型燃氣輪機霧化液態(tài)燃料燃燒后殘留的含N、S、P等元素的高溫、中性酸性氣體具有較強的耐腐蝕性。骨料采用剛玉和莫來石，通過無機膠結(jié)劑，不會引入或只會引入痕量的雜質(zhì)元素。不同粒度的剛玉顆粒和莫來石顆粒，以及剛玉細粉間可形成緊密堆積，產(chǎn)生有極高強度的結(jié)構(gòu)，各種粒度剛玉微粉嵌入大顆粒剛玉莫來石顆粒的間隙，不僅可以促進燒結(jié)提高整體強度，還有利于調(diào)整剛玉、莫來石顆粒間的有效結(jié)合面積，尤其是在燒結(jié)過程中，剛玉細粉和活性a -AL2O3微粉會擠入大顆粒之間，且由于顆粒之間的摩擦和擠壓作用，可以較大的提高顆粒和基質(zhì)之間的有效接觸面積，極大地促進了整體結(jié)構(gòu)的強度，令燒成后的制品具有較好的強度、耐磨性能以及對冷熱的極大的耐受力，足以滿足燃燒室的高溫氣體對襯壁材料的沖刷磨損和急冷急熱的需求。
[0007]作為一種可選的方案，于本申請的實施例中，所述剛玉顆粒為板狀剛玉顆?；蛘邽橹辽贀接胁糠职讋傆耦w粒的板狀剛玉顆粒，其中，如果剛玉顆粒為摻有部分白剛玉顆粒的板狀剛玉顆粒，則白剛玉顆粒的含量至少應(yīng)當大于O。在剛玉顆粒中摻入一定量的白剛玉，可以增加最后制成品的強度，據(jù)統(tǒng)計，白剛玉的加入對于其高溫下的強度具有較大影響，不同的比例對于強度影響稍有不同。進一步對剛玉-莫來石燒成磚的研宄發(fā)現(xiàn)，不僅不同粒度的剛玉和剛玉、剛玉和莫來石顆粒的堆積可以提高其結(jié)構(gòu)強度，不同結(jié)構(gòu)的剛玉，例如白剛玉和板狀剛玉顆粒的堆積，也可以提高其結(jié)構(gòu)，由于白剛玉和板狀剛玉的價格相當，因此將兩者相摻和，可以在基本不提高燒成磚的成本的基礎(chǔ)上，提高其結(jié)構(gòu)強度，效果較好。
[0008]作為一種可選的方案，于本申請的實施例中，所述莫來石可以采用60燒結(jié)莫來石或者72電熔莫來石，其臨界粒度為2mm，采用不同的莫來石，對于其高溫下的強度稍有影響，但由最終的實驗結(jié)果來看，莫來石的選擇對于強度的影響并非是最終決定性的因素。
[0009]作為一種可選的方案，于本申請的實施例中，所述白剛玉顆粒的質(zhì)量百分比至少占原料總質(zhì)量的10%，一個較為優(yōu)選的范圍則為白剛玉顆粒的含量為原料的總質(zhì)量百分比的 10-15%。
[0010]作為一種可選的方案，于本申請的實施例中，所述原料還包括質(zhì)量百分比為5-8%的具有復(fù)合粒度的O-AL2O3，其中，C1-AL2O3的中位粒徑至少為0.5 μm。
[0011]作為一種可選的方案，于本申請的實施例中，所述具有復(fù)合粒度的C1-AL2O3的中位粒徑為0.7 μπι、2 μπι或者10 μ m中的至少一種。
[0012]作為一種可選的方案，于本申請的實施例中，所述剛玉細粉的粒度不大于0.088mnu
[0013]作為一種可選的方案，于本申請的實施例中，所述剛玉顆粒和莫來石顆粒的臨界粒度為2mm。
[0014]一種燒制上述的剛玉-莫來石燒成磚的方法，將所述原料經(jīng)混料后，困料l_3h，機壓成型，在120-200°C條件下烘烤12-24h后，將烘烤后的制品于空氣氣氛下經(jīng)1550-1650°C條件熱處理3-5h制成成品燒成磚。通過上述方法燒制成的剛玉-莫來石燒成磚，其體積密度不小于2.85g/m3，顯氣孔率不大于20%體積，常溫耐壓強度不小于70MPa，常溫抗折強度不小于10.0MPa，尤其是1400°C溫度下的高溫抗折強度不小于10.0MPa, AL2O3含量不小于86.0% wt，二氧化硅的含量不小于8.0% wt ,Fe2O3的含量小于0.30% wt，Na2O含量小于0.50% wt，耐火度大于1800°C。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，燒成磚的耐高溫性能與其燒制方法存在較大關(guān)聯(lián)，如果燒制方法不當，不同粒度的顆粒沒有混合均勻，小粒度顆粒未能完全嵌入大粒度顆粒的縫隙中，使用過程中整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不高，局部強度低，使用一端時間后，容易產(chǎn)生局部裂縫，影響耐火質(zhì)量。
[0015]一種應(yīng)用上述的方法燒制得到的剛玉-莫來石燒成磚。該燒成磚具有較好的耐高溫性能，其強度和抗磨損能力均較佳。由于采用不同大小的顆粒骨料，不同大小的骨料相互嵌合，組成了剛性極大的三角穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，但在實際燒制過程中發(fā)現(xiàn)不同的配比會對其強度和耐高溫能力造成較大的影響。此外，配合具有復(fù)合粒度活性的a-AL2O3微粉作為燒結(jié)促進劑，無需進一步添加礦化劑，可以進一步減少在燒結(jié)過程中制品尺寸的收縮。
[0016]本發(fā)明具有以下的顯著技術(shù)效果：
[0017]采用上述技術(shù)方案制備得到的剛玉-莫來石燒成磚具有較好的高溫使用性能，高溫下其體積變化小，可以較好地與燃氣輪機燃燒室的外殼相貼合并保護其外殼，從而避免意外燒穿導致的漏氣風險，延長燃氣輪機的使用壽命，同時具有較好的隔熱性能，可以有效地減少燃燒室內(nèi)的熱量損失，提高能量轉(zhuǎn)換效率。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0019]實施例I
[0020]使用的原料配比為：25% (質(zhì)量百分比，下同）的板狀剛玉顆粒、15%白剛玉顆粒、35%莫來石顆粒、20%剛玉細粉和5% a -AL2O3微粉，外加2. 5%鋁溶膠。先將剛玉顆粒料、莫來石顆粒料混碾Imin后加入定量鋁溶膠膠結(jié)劑混煉2min，再添加由剛玉細粉和氧化鋁微粉組成的預(yù)混合粉混煉12-15min形成泥料，泥料困料2h后成型，120°C溫度下烘烤12h，在1550°C空氣氣氛下熱處理5h后，制得剛玉-莫來石燒成磚。
[0021]其中，原料使用的板狀剛玉顆粒以及剛玉細粉中，AL2O3的重量百分比大于99%，粒度分別為顆粒粒度為2. Omm和細粉粒度小于O. 088mm ;白剛玉顆粒中AL2O3的重量百分比大于98. 5%，粒度2. Omm ;莫來石顆粒采用60燒結(jié)莫來石，AL2O3重量百分比大于62%，粒度2. Omm ;復(fù)合a -AL2O3微粉則采用中位徑分別為10 μ m和2 μ m的兩種不同的顆粒，加入量分別為3%和2%，鋁溶膠溶液中AL2O3含量占其質(zhì)量百分比為20%，比重I. 5g/cm3。
[0022]本實例所制備的剛玉莫來石磚指標檢測結(jié)果為：顯氣孔率18.5%，體積密度2. 85g/cm3，常溫耐壓強度78. 9MPa，常溫抗折強度12. 7MPa，1400°C高溫抗折強度11. 2MPa，AL2O3含量89. 35%、二氧化硅含量9. 13%,雜質(zhì)中Fe 203含量O. 05%, Na 20含量O. 15% 0
[0023]實施例2