煤气化是实现煤炭清洁高效利用的关键技术，其中水煤浆气化一直依赖具有潜在环境危害的氧化铬耐火材料为炉衬。气化炉内高温、高压，高速流动的熔渣和气体对炉衬侵蚀、冲刷严重，对耐火材料的综合服役性能要求极高，目前该领域尚未实现耐火材料的无铬化。本研究团队系统研究了系列氧化物、非氧化物及其复合材料的抗煤渣侵蚀行为及失效机理，研发的SiC-MgAl₂O₄复合材料具有较优的抗渣渗透性与抗热震性和较好的抗渣侵蚀性，是潜在的煤气化用无铬新材料。但SiC与MgAl₂O₄成键方式不同、难以形成有效结合，且SiC易氧化等，导致SiC-MgAl₂O₄复合材料的力学性能和抗氧化性能较差。金属复合耐火材料在烧成时组分中的金属与环境中的N₂、CO等气相反应，生成的非氧化物低维材料能改善材料的结合强度和抗渣性。本研究主要探讨金属Al复合对SiC-MgAl₂O₄耐火材料关键服役性能的影响，结果表明：(1) 材料内部孔隙间生成了以AlN为主的固溶体晶须，其分别与SiC和MgAl₂O₄固溶，局部形成陶瓷结合，显著提升了复合材料的力学性能；(2) 材料中AlN与SiC的氧化存在竞争性，因AlN亲氧性高于SiC，其优先氧化保护了SiC，提高了复合材料的抗氧化性；(3) 抗渣过程中AlN等非氧化物组分降低了界面附近的氧分压，促使Mg蒸气压升高后迁移至反应界面处，形成了能阻止熔渣渗透的致密尖晶石层，提高了复合材料的抗渣渗透性。

专家简介

孙红刚，1979年生，正高级工程师，硕士生导师，中钢集团专家、洛阳市优秀专家，《耐火材料》青年编委。在先进耐火材料国家重点实验室从事技术研发工作17年，主要研究方向：高纯氧化物耐火材料性能调控研究、氧化物-非氧化物复合材料研究以及耐火材料与高温熔体的反应研究。作为研究骨干参与国家自然科学基金、国家重点研发计划、河南省科技攻关计划等科研项目10余项，发表学术论文70余篇，授权发明专利40余项，获得河南省科技进步奖2项和河南省专利奖2项。