CN106278320A - 一种煤气化炉炉衬及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种煤气化炉炉衬及其制备方法。其技术方案是：所述炉衬由工作层耐火浇注料和永久层耐火浇注料组成。工作层耐火浇注料是：先将六铝酸钙细粉、α‑Al2O3微粉、硅微粉、铝酸钙水泥和聚羧酸混合均匀，再与六铝酸钙颗粒和六铝酸钙‑合金复合颗粒混合，加水搅拌，养护即得。永久层耐火浇注料是：先将刚玉细粉、α‑Al2O3微粉、硅微粉和铝酸钙水泥和聚羧酸混合均匀，再与刚玉颗粒和刚玉‑合金复合颗粒混合，加水搅拌，养护即得。本发明制备的煤气化炉炉衬自动调节温度和使用寿命长，能有效解决煤气化炉炉壳超温能耗高与炉壳低温介质富集腐蚀炉壳的问题。
Description
技术领域
本发明属于炉衬耐火材料技术领域。具体涉及一种煤气化炉炉衬及其制备方法。
背景技术
冶金、建材、化工、机械、电力等行业的生产与运行离不开各种热工窑炉，热工窑炉的寿命和功能在相当程度上取决于炉衬材料的质量与结构，因此服务于高温窑炉的炉衬材料是保证上述行业运行和经济发展必不可少的基础材料。随着经济的快速发展，资源和能源亦快速消耗，社会经济的可持续发展对服务窑炉的高温炉衬材料及其应用技术提出了更高的要求：不仅要求高温炉衬材料寿命长和高温窑炉运行安全，而且要求炉衬材料具备节能的功能。
随着煤化工行业的发展和天然气消费量的增长，煤制气产业正在由传统煤化工向现代煤化工战略转型，煤制天然气行业取得长足发展，成为煤化工领域投资热点。煤气化转化技术可分为：较为传统的两步法甲烷化工艺和一步法甲烷化工艺。一步法甲烷化工艺直接合成天然气的技术主要有催化气化工艺和加氢气化工艺。其中催化气化工艺是一种利用催化剂在加压流化气化炉中一步合成煤基天然气的技术；加氢化工艺是将煤粉和氢气在气化炉内均匀混合后加热，直接生产富氢气体。
耐火材料是煤气化炉的炉衬材料，是保障煤气化炉安全稳定运行、节能降耗和满足工艺要求的基础材料。根据催化气化与加氢气化的工艺特点，要求煤催化气化炉、加氢气化炉炉壳温度大于介质的露点温度，避免介质在炉壳处冷凝富集，腐蚀炉壳。因此，要求炉衬耐火材料能维持炉壳温度的稳定。
热工窑炉炉衬通常包括内衬（工作层）耐火材料与永久层（或过渡层）耐火材料。内衬耐火材料是根据炉内温度和气氛等要求进行选择；永久层耐火材料及其厚度的设计，通过传热计算确定。如“一种流化床气化炉及其炉衬的制作方法”（CN201510732745.1）专利技术，采用两层致密耐火材料制作气化炉炉衬；“一种流化床气化炉及其炉衬的制作方法”（CN201510732760.6）专利技术，分别采用致密层耐火材料和保温层材料制作气化炉炉衬。对于确定的炉衬来说，，在炉内温度稳定，炉衬温度变化不大的情况下，各层材料的导热系数、比热容基本不变，根据传热学基本原理，当环境温度变化时，炉外壁温度也会发生变化，从而表现出冬季外壁温度低，夏季外壁温度高的特点。同理，若环境温度基本不变，当炉内温度变化时，炉壳温度也会随着炉内温度的变化而升高或降低。因此，传统炉衬不具备调节炉壳温度的功能，无法满足催化气化炉或加氢气化工艺对炉壳温度的要求。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种煤气化炉炉衬的制备方法，用该方法制备的煤气化炉炉衬能自动调节温度和使用寿命长，在环境温度或炉内煤气温度变化时能使煤气化炉炉壳温度稳定，能解决煤气化炉炉壳超温能耗高与炉壳低温介质富集腐蚀炉壳的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：所述煤气化炉炉衬由工作层耐火浇注料和永久层耐火浇注料组成。所述工作层耐火浇注料的厚度为100~200mm，所述永久层耐火浇注料的厚度为80~250mm。
所述工作层耐火浇注料的制备方法为：以35～55wt%的六铝酸钙颗粒、5～20wt%的六铝酸钙-合金复合颗粒为骨料I；以20～35wt%的六铝酸钙细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料I。先将所述基质料I与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料I和所述基质料I之和0.1~0.2wt%，得预混基质料I；再将预混基质料I和所述骨料I混合，外加所述骨料I与所述基质料I之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得工作层耐火浇注料。
所述六铝酸钙-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球I，合金球I的直径为1.8~3.5mm。然后在所述合金球I的表面均匀喷涂一层厚度为0.1~0.5mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为六铝酸钙的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.5~1mm，制得六铝酸钙-合金复合颗粒。
所述永久层耐火浇注料的制备方法为：以5～20wt%的刚玉颗粒、35～55wt%的刚玉-合金复合颗粒为骨料II；以20～35wt%的刚玉细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料II。先将所述基质料II与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料II和所述基质料II之和0.1~0.2wt%，得预混基质料II；然后将预混基质料II和骨料II混合，外加所述骨料II与所述基质料II之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得永久层耐火浇注料。
所述刚玉-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球II，合金球II的直径为5~10mm；然后在所述合金球II的表面均匀喷涂一层厚度为0.1~0.5mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为刚玉的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.5~2mm，制得刚玉-合金复合颗粒。
所述预制合金粉的制备方法是：先按合金粉∶有机醇的质量比为1∶0.1~0.3，向合金粉中加入有机醇，搅拌均匀，得到预制合金粉。
所述合金粉为铝硅合金粉、铝铁合金粉、铝镍合金粉和铝硅铁合金粉中的一种。
所述六铝酸钙颗粒的CA6含量≥95wt%；所述六铝酸钙颗粒的粒度级配是：粒度为8~15mm占六铝酸钙颗粒的35~45wt%，粒度小于8mm且大于等于5mm占六铝酸钙颗粒的25~35wt%，粒度小于5mm且大于等于3mm占六铝酸钙颗粒的10~20wt%，粒度小于3mm且大于等于1mm占六铝酸钙颗粒的10~20wt%。
所述刚玉颗粒的Al2O3含量≥95wt%；所述刚玉颗粒的粒度级配是：粒度为8~15mm占刚玉颗粒的35~45wt%，粒度小于8mm且大于等于5mm占刚玉颗粒的25~35wt%，粒度小于5mm且大于等于3mm占刚玉颗粒的10~20wt%，粒度小于3mm且大于等于1mm占刚玉颗粒的10~20wt%。
所述六铝酸钙细粉的粒径<88μm，六铝酸钙细粉的CA6含量≥98wt%。
所述刚玉细粉的粒径<88μm，刚玉细粉的Al2O3含量≥99wt%。
所述的ɑ-Al2O3微粉的Al2O3含量≥95wt%，ɑ-Al2O3微粉的粒径≤8μm。
所述硅微粉的粒径<1μm，硅微粉的SiO2含量>92wt%。
所述铝酸钙水泥的主要成分是：Al2O3含量为50~60wt%，SiO2含量<8wt%，Fe2O3含量<2.5wt%；铝酸钙水泥的粒径≤10μm。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
本发明在工作层采用高强、耐磨、耐炉内介质化学侵蚀的耐火浇注料，实现了炉衬的长寿。本发明在永久层引入大量刚玉-合金复合颗粒，利用其中的合金材料的相变吸、放热和高导热特性，快速调节炉内或环境温度变化时所引起的炉衬材料的温度变化，维持了炉壳温度的稳定。如炉内温度不变，冬季环境温度降低时，刚玉-合金复合颗粒中的合金凝固放热，相当于在炉衬中添加了热源，炉壳吸收合金放出的热量，温度升高，从而保持温度稳定；反之，夏季环境温度升高，刚玉-合金复合颗粒中的合金熔化吸收热量，炉壳散热量增加，温度降低，从而保持温度稳定。
本发明根据环境温度与炉内温度的变化幅度，利用六铝酸钙-合金复合颗粒和刚玉-合金复合颗粒中金属的相变温度和相变焓的不同，自动调节炉衬温度变化，实现炉壳温度稳定，既满足煤催化气化与加氢气化工艺的要求，又能降低能耗。而且，永久层材料温度变化小，钢壳温度不变，能够缓冲炉衬与炉壳的温度-应力变化，避免了炉衬的开裂与炉壳的变形。同时，在大体积高温热工设备的施工中，对于膨胀缝等砌筑要求精度低，保证了结构的整体性和长寿命。
本发明所制备的煤气化炉炉衬主要性能参数为：
工作层耐火浇注料：体积密度为2.68~3.09g/cm3；导热系数为1.03~12.02W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为32.8~120.6J/g；耐压强度为105~135MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为15~30MPa；耐磨指数为2~5.5cc；可调气化炉内煤气温度为22~80（Nm3·℃）/kg。
永久层耐火浇注料：体积密度为2.32~2.86g/cm3；导热系数为2.23~68.36W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为60.2~350.8J/g；耐压强度为90~115MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为15~30MPa；可调气化炉内煤气温度为40~234（Nm3·℃）/kg；可调环境温度为50℃/kg。
因此，本发明制备的煤气化炉炉衬能自动调节温度和使用寿命长，在环境温度或炉内煤气温度变化时能使煤气化炉炉壳温度稳定，有效解决了煤气化炉炉壳超温能耗高与炉壳低温介质富集腐蚀炉壳的问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述六铝酸钙颗粒的CA6含量≥95wt%；所述六铝酸钙颗粒的粒度级配是：粒度为8~15mm占六铝酸钙颗粒的35~45wt%，粒度小于8mm且大于等于5mm占六铝酸钙颗粒的25~35wt%，粒度小于5mm且大于等于3mm占六铝酸钙颗粒的10~20wt%，粒度小于3mm且大于等于1mm占六铝酸钙颗粒的10~20wt%。
所述刚玉颗粒的Al2O3含量≥95wt%；所述刚玉颗粒的粒度级配是：粒度为8~15mm占刚玉颗粒的35~45wt%，粒度小于8mm且大于等于5mm占刚玉颗粒的25~35wt%，粒度小于5mm且大于等于3mm占刚玉颗粒的10~20wt%，粒度小于3mm且大于等于1mm占刚玉颗粒的10~20wt%。
所述六铝酸钙细粉的粒径<88μm，六铝酸钙细粉的CA6含量≥98wt%。
所述刚玉细粉的粒径<88μm，刚玉细粉的Al2O3含量≥99wt%。
所述的ɑ-Al2O3微粉的Al2O3含量≥95wt%，ɑ-Al2O3微粉的粒径≤8μm。
所述硅微粉的粒径<1μm，硅微粉的SiO2含量>92wt%。
所述铝酸钙水泥的主要成分是：Al2O3含量为50~60wt%，SiO2含量<8wt%，Fe2O3含量<2.5wt%；铝酸钙水泥的粒径≤10μm。
实施例1
一种煤气化炉炉衬及其制备方法。所述煤气化炉炉衬由工作层耐火浇注料和永久层耐火浇注料组成。所述工作层耐火浇注料的厚度为100~140mm，所述永久层耐火浇注料的厚度为200~250mm。
所述工作层耐火浇注料的制备方法为：以35～40wt%的六铝酸钙颗粒、15～20wt%的六铝酸钙-合金复合颗粒为骨料I；以20～25wt%的六铝酸钙细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料I。先将所述基质料I与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料I和所述基质料I之和0.1~0.2wt%，得预混基质料I；再将预混基质料I和所述骨料I混合，外加所述骨料I与所述基质料I之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得工作层耐火浇注料。
所述六铝酸钙-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球I，合金球I的直径为1.8~2.4mm。然后在所述合金球I的表面均匀喷涂一层厚度为0.1~0.25mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为六铝酸钙的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.5~0.7mm，制得六铝酸钙-合金复合颗粒。
所述永久层耐火浇注料的制备方法为：以15～20wt%的刚玉颗粒、35～40wt%的刚玉-合金复合颗粒为骨料II；以20～25wt%的刚玉细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料II。先将所述基质料II与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料II和所述基质料II之和0.1~0.2wt%，得预混基质料II；然后将预混基质料II和骨料II混合，外加所述骨料II与所述基质料II之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得永久层耐火浇注料。
所述刚玉-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球II，合金球II的直径为5~7mm；然后在所述合金球II的表面均匀喷涂一层厚度为0.1~0.25mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为刚玉的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.5~1mm，制得刚玉-合金复合颗粒。
所述预制合金粉的制备方法是：先按合金粉∶有机醇的质量比为1∶0.1~0.16，向合金粉中加入有机醇，搅拌均匀，得到预制合金粉。
所述合金粉为铝硅合金粉。
本实施例所制备的煤气化炉炉衬主要性能参数为：
工作层耐火浇注料：体积密度为2.68~2.83g/cm3；导热系数为1.03~2.32W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为32.8~53.3J/g；耐压强度为105~135MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为15~20MPa；耐磨指数为4.5~5.5cc；可调气化炉内煤气温度为22~36（Nm3·℃）/kg。
永久层耐火浇注料：体积密度为2.32~2.55g/cm3；导热系数为2.23~5.82W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为60.2~123.3J/g；耐压强度为90~115MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为15~20MPa；可调气化炉内煤气温度为40~82（Nm3·℃）/kg；可调环境温度为50℃/kg。
实施例2
一种煤气化炉炉衬及其制备方法。所述煤气化炉炉衬由工作层耐火浇注料和永久层耐火浇注料组成。所述工作层耐火浇注料的厚度为130~160mm，所述永久层耐火浇注料的厚度为160~210mm。
所述工作层耐火浇注料的制备方法为：以40～45wt%的六铝酸钙颗粒、12～17wt%的六铝酸钙-合金复合颗粒为骨料I；以23～28wt%的六铝酸钙细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料I。先将所述基质料I与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料I和所述基质料I之和0.1~0.2wt%，得预混基质料I；再将预混基质料I和所述骨料I混合，外加所述骨料I与所述基质料I之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得工作层耐火浇注料。
所述六铝酸钙-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球I，合金球I的直径为2.2~2.8mm。然后在所述合金球I的表面均匀喷涂一层厚度为0.2~0.35mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为六铝酸钙的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.6~0.8mm，制得六铝酸钙-合金复合颗粒。
所述永久层耐火浇注料的制备方法为：以12～17wt%的刚玉颗粒、40～45wt%的刚玉-合金复合颗粒为骨料II；以23～28wt%的刚玉细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料II。先将所述基质料II与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料II和所述基质料II之和0.1~0.2wt%，得预混基质料II；然后将预混基质料II和骨料II混合，外加所述骨料II与所述基质料II之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得永久层耐火浇注料。
所述刚玉-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球II，合金球II的直径为6~8mm；然后在所述合金球II的表面均匀喷涂一层厚度为0.2~0.35mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为刚玉的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.8~1.3mm，制得刚玉-合金复合颗粒。
所述预制合金粉的制备方法是：先按合金粉∶有机醇的质量比为1∶0.15~0.21，向合金粉中加入有机醇，搅拌均匀，得到预制合金粉。
所述合金粉为铝铁合金粉。
本实施例所制备的煤气化炉炉衬主要性能参数为：
工作层耐火浇注料：体积密度为2.76~2.89g/cm3；导热系数为1.82~4.65W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为48.5~69.6J/g；耐压强度为105~135MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为18~23MPa；耐磨指数为3.5~4.5cc；可调气化炉内煤气温度为32~46（Nm3·℃）/kg。
永久层耐火浇注料：体积密度为2.46~2.62g/cm3；导热系数为5.62~18.35W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为108.5.~202.6J/g；耐压强度为90~115MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为18~23MPa；可调气化炉内煤气温度为72~135（Nm3·℃）/kg；可调环境温度为50℃/kg。
实施例3
一种煤气化炉炉衬及其制备方法。所述煤气化炉炉衬由工作层耐火浇注料和永久层耐火浇注料组成。所述工作层耐火浇注料的厚度为140~180mm，所述永久层耐火浇注料的厚度为110~170mm。
所述工作层耐火浇注料的制备方法为：以45～50wt%的六铝酸钙颗粒、8～13wt%的六铝酸钙-合金复合颗粒为骨料I；以26～33wt%的六铝酸钙细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料I。先将所述基质料I与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料I和所述基质料I之和0.1~0.2wt%，得预混基质料I；再将预混基质料I和所述骨料I混合，外加所述骨料I与所述基质料I之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得工作层耐火浇注料。
所述六铝酸钙-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球I，合金球I的直径为2.6~3.2mm。然后在所述合金球I的表面均匀喷涂一层厚度为0.3~0.45mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为六铝酸钙的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.7~0.9mm，制得六铝酸钙-合金复合颗粒。
所述永久层耐火浇注料的制备方法为：以8～13wt%的刚玉颗粒、45～50wt%的刚玉-合金复合颗粒为骨料II；以26～33wt%的刚玉细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料II。先将所述基质料II与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料II和所述基质料II之和0.1~0.2wt%，得预混基质料II；然后将预混基质料II和骨料II混合，外加所述骨料II与所述基质料II之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得永久层耐火浇注料。
所述刚玉-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球II，合金球II的直径为7~9mm；然后在所述合金球II的表面均匀喷涂一层厚度为0.3~0.45mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为刚玉的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为1.2~1.7mm，制得刚玉-合金复合颗粒。
所述预制合金粉的制备方法是：先按合金粉∶有机醇的质量比为1∶0.2~0.26，向合金粉中加入有机醇，搅拌均匀，得到预制合金粉。
所述合金粉为铝镍合金粉。
本实施例所制备的煤气化炉炉衬主要性能参数为：
工作层耐火浇注料：体积密度为2.85~2.98g/cm3；导热系数为4.53~8.72W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为65.8~88.9J/g；耐压强度为105~135MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为22~27MPa；耐磨指数为3~4cc；可调气化炉内煤气温度为44~60（Nm3·℃）/kg。
永久层耐火浇注料：体积密度为2.55~2.79g/cm3；导热系数为16.83~35.82W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为195.6~276.5J/g；耐压强度为90~115MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为22~27MPa；可调气化炉内煤气温度为130~184（Nm3·℃）/kg；可调环境温度为50℃/kg。
实施例4
一种煤气化炉炉衬及其制备方法。所述煤气化炉炉衬由工作层耐火浇注料和永久层耐火浇注料组成。所述工作层耐火浇注料的厚度为160~200mm，所述永久层耐火浇注料的厚度为80~130mm。
所述工作层耐火浇注料的制备方法为：以50～55wt%的六铝酸钙颗粒、5～10wt%的六铝酸钙-合金复合颗粒为骨料I；以30～35wt%的六铝酸钙细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料I。先将所述基质料I与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料I和所述基质料I之和0.1~0.2wt%，得预混基质料I；再将预混基质料I和所述骨料I混合，外加所述骨料I与所述基质料I之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得工作层耐火浇注料。
所述六铝酸钙-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球I，合金球I的直径为3.0~3.5mm。然后在所述合金球I的表面均匀喷涂一层厚度为0.35~0.5mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为六铝酸钙的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.8~1mm，制得六铝酸钙-合金复合颗粒。
所述永久层耐火浇注料的制备方法为：以5～10wt%的刚玉颗粒、50～55wt%的刚玉-合金复合颗粒为骨料II；以30～35wt%的刚玉细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料II。先将所述基质料II与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料II和所述基质料II之和0.1~0.2wt%，得预混基质料II；然后将预混基质料II和骨料II混合，外加所述骨料II与所述基质料II之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得永久层耐火浇注料。
所述刚玉-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球II，合金球II的直径为8~10mm；然后在所述合金球II的表面均匀喷涂一层厚度为0.35~0.5mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为刚玉的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为1.5~2mm，制得刚玉-合金复合颗粒。
所述预制合金粉的制备方法是：先按合金粉∶有机醇的质量比为1∶0.25~0.3，向合金粉中加入有机醇，搅拌均匀，得到预制合金粉。
所述合金粉为铝硅铁合金粉。
本实施例所制备的煤气化炉炉衬主要性能参数为：
工作层耐火浇注料：体积密度为2.96~3.09g/cm3；导热系数为8.65~12.02W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为86.7~120.6J/g；耐压强度为105~135MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为25~30MPa；耐磨指数为2~3cc；可调气化炉内煤气温度为58~80（Nm3·℃）/kg。
永久层耐火浇注料：体积密度为2.77~2.86g/cm3；导热系数为33.53~68.36W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为268.3~350.8J/g；耐压强度为90~115MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为25~30MPa；可调气化炉内煤气温度为179~234（Nm3·℃）/kg；可调环境温度为50℃/kg。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
本具体实施方式在工作层采用高强、耐磨、耐炉内介质化学侵蚀的耐火浇注料，实现了炉衬的长寿。本具体实施方式在永久层引入大量刚玉-合金复合颗粒，利用其中的合金材料的相变吸、放热和高导热特性，快速调节炉内或环境温度变化时所引起的炉衬材料的温度变化，维持了炉壳温度的稳定。如炉内温度不变，冬季环境温度降低时，刚玉-合金复合颗粒中的合金凝固放热，相当于在炉衬中添加了热源，炉壳吸收合金放出的热量，温度升高，从而保持温度稳定；反之，夏季环境温度升高，刚玉-合金复合颗粒中的合金熔化吸收热量，炉壳散热量增加，温度降低，从而保持温度稳定。
本具体实施方式根据环境温度与炉内温度的变化幅度，利用六铝酸钙-合金复合颗粒和刚玉-合金复合颗粒中金属的相变温度和相变焓的不同，自动调节炉衬温度变化，实现炉壳温度稳定，既满足煤催化气化与加氢气化工艺的要求，又能降低能耗。而且，永久层材料温度变化小，钢壳温度不变，能够缓冲炉衬与炉壳的温度-应力变化，避免了炉衬的开裂与炉壳的变形。同时，在大体积高温热工设备的施工中，对于膨胀缝等砌筑要求精度低，保证了结构的整体性和长寿命。
本具体实施方式所制备的的气化炉炉衬主要性能参数为：
工作层耐火浇注料：体积密度为2.68~3.09g/cm3；导热系数为1.03~12.02W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为32.8~120.6J/g；耐压强度为105~135MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为15~30MPa；耐磨指数为2~5.5cc；可调气化炉内煤气温度为22~80（Nm3·℃）/kg。
永久层耐火浇注料：体积密度为2.32~2.86g/cm3；导热系数为2.23~68.36W/(m·℃）；蓄热密度（△T=100℃）为60.2~350.8J/g；耐压强度为90~115MPa；热震(1000℃)30次风冷的耐压强度为15~30MPa；可调气化炉内煤气温度为40~234（Nm3·℃）/kg；可调环境温度为50℃/kg。
因此，本具体实施方式制备的煤气化炉炉衬能自动调节温度和使用寿命长，在环境温度或炉内煤气温度变化时能使煤气化炉炉壳温度稳定，有效解决了煤气化炉炉壳超温能耗高与炉壳低温介质富集腐蚀炉壳的问题。
Claims (9)
1.一种煤气化炉炉衬的制备方法，其特征在于所述煤气化炉炉衬由工作层耐火浇注料和永久层耐火浇注料组成；所述工作层耐火浇注料的厚度为100~200mm，所述永久层耐火浇注料的厚度为80~250mm；
所述工作层耐火浇注料的制备方法为：以35～55wt%的六铝酸钙颗粒、5～20wt%的六铝酸钙-合金复合颗粒为骨料I，以20～35wt%的六铝酸钙细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料I；先将所述基质料I与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料I和所述基质料I之和0.1~0.2wt%，得预混基质料I；再将预混基质料I和所述骨料I混合，外加所述骨料I与所述基质料I之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得工作层耐火浇注料；
所述六铝酸钙-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球I，合金球I的直径为1.8~3.5mm；然后在所述合金球I的表面均匀喷涂一层厚度为0.1~0.5mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为六铝酸钙的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.5~1mm，制得六铝酸钙-合金复合颗粒；
所述永久层耐火浇注料的制备方法为：以5～20wt%的刚玉颗粒、35～55wt%的刚玉-合金复合颗粒为骨料II，以20～35wt%的刚玉细粉、4~6wt%的α-Al2O3微粉、0.1~1wt%的硅微粉和4~6wt%的铝酸钙水泥为基质料II；先将所述基质料II与聚羧酸混合均匀，所述聚羧酸为所述骨料II和所述基质料II之和0.1~0.2wt%，得预混基质料II；然后将预混基质料II和骨料II混合，外加所述骨料II与所述基质料II之和3~5wt%的水，搅拌均匀，制得永久层耐火浇注料；
所述刚玉-合金复合颗粒的制备方法是：将预制合金粉压制成合金球II，合金球II的直径为5~10mm；然后在所述合金球II的表面均匀喷涂一层厚度为0.1~0.5mm的硅烷偶联剂，再用2个材质为刚玉的半球壳体进行密封，所述半球壳体的厚度为0.5~2mm，制得刚玉-合金复合颗粒；
所述预制合金粉的制备方法是：先按合金粉∶有机醇的质量比为1∶0.1~0.3，向合金粉中加入有机醇，搅拌均匀，得到预制合金粉；所述合金粉为铝硅合金粉、铝铁合金粉、铝镍合金粉和铝硅铁合金粉中的一种。
2.根据权利要求1所述的煤气化炉炉衬的制备方法，其特征在于所述六铝酸钙颗粒的CA6含量≥95wt%；所述六铝酸钙颗粒的粒度级配是：粒度为8~15mm占六铝酸钙颗粒的35~45wt%，粒度小于8mm且大于等于5mm占六铝酸钙颗粒的25~35wt%，粒度小于5mm且大于等于3mm占六铝酸钙颗粒的10~20wt%，粒度小于3mm且大于等于1mm占六铝酸钙颗粒的10~20wt%。
3.根据权利要求1所述的煤气化炉炉衬的制备方法，其特征在于所述刚玉颗粒的Al2O3含量≥95wt%；所述刚玉颗粒的粒度级配是：粒度为8~15mm占刚玉颗粒的35~45wt%，粒度小于8mm且大于等于5mm占刚玉颗粒的25~35wt%，粒度小于5mm且大于等于3mm占刚玉颗粒的10~20wt%，粒度小于3mm且大于等于1mm占刚玉颗粒的10~20wt%。
4.根据权利要求l所述的煤气化炉炉衬的制备方法，其特征在于所述六铝酸钙细粉的粒径<88μm，六铝酸钙细粉的CA6含量≥98wt%。
5.根据权利要求l所述的煤气化炉炉衬的制备方法，其特征在于所述刚玉细粉的粒径<88μm，刚玉细粉的Al2O3含量≥99wt%。
6.根据权利要求l所述的煤气化炉炉衬的制备方法，其特征在于所述的ɑ-Al2O3微粉的Al2O3含量≥95wt%，ɑ-Al2O3微粉的粒径≤8μm。
7.根据权利要求l所述的煤气化炉炉衬的制备方法，其特征在于所述硅微粉的粒径<1μm，硅微粉的SiO2含量>92wt%。
8.根据权利要求l所述的煤气化炉炉衬的制备方法，其特征在于所述铝酸钙水泥的主要成分是：Al2O3含量为50~60wt%，SiO2含量<8wt%，Fe2O3含量<2.5wt%；铝酸钙水泥的粒径≤10μm。
9.一种煤气化炉炉衬，其特征在于所述煤气化炉炉衬是根据权利要求1～8项中任一项所述的煤气化炉炉衬的制备方法所制备的煤气化炉炉衬。
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