目前垃圾发电厂常用的SiC耐火材料分为两类:氧化物结合的SiC和氮化物结合的SiC。与氧化物结合相比,使用氮化物(氮化硅或氧氮化物)结合不仅具有高的导热性、低热膨胀性和良好的耐磨性,而且在一些腐蚀性/氧化环境中具有良好的机械性能和耐化学性。圣戈班开发出垃圾发电用高抗氧化性Refrax系(Refrax Pro、Refrax PLUS以及Refrax TOP)氮化物结合碳化硅产品性能如表1所示。
表1 圣戈班开发的垃圾发电用Refrax系列产品性能
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氧化物结合SiC |
氮化物结合SiC |
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O-SiC 1 |
O-SiC2 |
Refrax Pro |
Refrax PLUS |
Refrax TOP |
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SiC |
91.1 |
79.3 |
75 |
77 |
78 |
结合相 |
方石英、莫来石 |
方石英、刚玉、Si2ON2 |
Si3N4、Si2ON2 |
Si3N4、Si2ON2
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Si3N4、Si2ON2
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常温抗折强度/MPa |
48.3 |
30.8 |
62 |
60 |
52 |
体积密度/(g·cm-3) |
2.64 |
2.67 |
2.7 |
2.74 |
2.7 |
显气孔率/% |
14.7 |
14.3 |
14 |
13 |
13 |
Refrax-Pro使基质中形成Si2ON2相,而不是α-Si3N4。Si2ON2相为大的片状结构,具有较小的反应表面,因此,增强了抗氧化性。Refrax PLUS是其升级版,添加剂更多,可以进一步促进Si2ON2和β-Si3N4相的形成。Refrax TOP采用特殊的添加剂和二次烧成,在表面形成釉面,封闭了材料的孔隙,并对腐蚀性介质起到物理屏障的作用。材料形成了对气体和熔渣都具有很低渗透性的微孔结构,使其具有氧扩散慢,热稳定性好以及对侵蚀介质具有很高的惰性等特点。在灰或渣粘附严重的区域或有明显高腐蚀的区域,首选Refrax TOP。
将圣戈班开发的Refrax产品与欧洲发电厂常用的氧化物结合SiC耐火材料(O-SiC1,用于法国和意大利的垃圾发电厂;O-SiC2,主要用于西班牙垃圾发电厂)进行蒸汽氧化试验。结果发现,Refrax TOP和Refrax PLUS显示了最低质量增重,体积膨胀最小,二者体积变化率分别为0.4%和0.2%,氧化物结合的SiC(O-SiC)体积变化率为8%,表明其具有很好的体积稳定性以及抗氧化性好。