氢基竖炉用耐火材料服役环境模拟及设计

作者：于国瀚 崔竞文 赵飞 徐恩霞 何志军 王恩会 侯新梅

单位：1.北京科技大学碳中和创新研究院2.郑州大学材料科学与工程学院3.辽宁科技大学材料与冶金学院

关键词：氢基竖炉  耐火材料  数值模拟  热力学计算

分类号：

出版年,卷(期):页码：2023,51(3):619-627

DOI：10.14062/j.issn.0454-5648.20220855

摘要：

随着氢冶金技术及氢基竖炉的发展与推广，对其关键部位用耐火材料提出更高要求，明晰耐火材料服役环境特点并进行针对性的性能设计尤为关键。利用Ansys软件对氢基竖炉还原段内部及壁面服役过程中的温度、压强以及气相浓度分布进行数值模拟研究，并利用FactSage软件计算传统耐火材料典型组分在服役状态下的热力学稳定性。结果表明，高温高压服役区域集中在进气口附近，H2O集中在炉顶及炉底区域。提高入炉气体温度对炉内温度场有一定影响，对压强场及气相组成基本无影响。传统耐火材料典型组分中Al2O3、ZrO2、镁铝尖晶石、六铝酸钙及TiO2的热力学稳定性较强，可作为炉壁耐火材料组分，AlN或TiC可作为添加剂提高相关性能，同时避免引入SiO2、MgO、CaO、Cr2O3、Fe2O3、SiC、Si3N4、B4C、BN杂质组分。本研究可为氢基竖炉用耐火材料服役环境仿真及材料组分选择提供理论基础和方法支持。

基金项目：

国家自然科学基金资助项目(52025041,51974021)； 中央高校基本科研业务费资助项目(FRF–TP–20–02C2)；

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