本文使用改进的侵蚀试验方法模拟水煤浆气化炉工况条件,进行酸性和碱性煤渣对高铬耐火材料、镁铝锆耐火材料以及SiC质耐火材料的侵蚀试验,并结合热力学模拟,研究两种不同特性的煤渣与系列耐火材料的相互作用机理。根据典型煤气化炉工艺气体组成分析气化炉内的氧分压,在回转抗渣炉内使用C2H2和O2的混合气体为燃气,进行气氛标定试验,确定模拟煤气化炉气氛所需C2H2和O2的流量比。结果显示,通过高精度流量计将C2H2/O2的流量比控制到45/55时,熔渣中铁的氧化物主要为FeO,此时炉内计算氧分压也在实际气化炉氧分压范围内,从而形成与实际气化炉相一致的气氛环境。通过进一步试验验证,侵蚀后耐火材料与实际水煤浆气化炉用后耐火材料的显微形貌十分相似。因此,改进侵蚀试验方法,能够实现动态以及温度、气氛的精确可控,从而更加准确的模拟气化炉工况条件。采用改进的侵蚀试验方法,研究了酸性和碱性煤渣对高铬耐火材料的侵蚀行为。结果显示,酸性渣侵蚀后高铬试样表面形成连续、致密的尖晶石固溶体层,而碱性渣侵蚀后高铬试样从表面到内部形成的尖晶石固溶体层由离散状逐渐变得致密,且渗透深度较大。结合热力学计算,发现高铬试样被两种不同特性煤渣侵蚀的过程中,尖晶石固溶体层和渗透层的内在形成机理是相似的。煤渣中的MgO、FeO与高铬试样基质中的Cr2O3、Al2O3反应形成(Mg,Fe)(Al,Cr)2O4尖晶石固溶体后,熔渣中的Fe2+、Mg2+与试样中的Cr3+Al3+通过尖晶石固溶体进行相互逆扩散。在试样表面熔渣/尖晶石固溶体界面,由于熔渣含量大,造成Cr2O3、Al2O3浓度低,表现为尖晶石固溶体向渣中溶解。而渗入气孔中的熔渣量少,熔渣中Cr2O3和Al2O3的浓度逐渐增加,在气孔中熔渣/尖晶石固溶体界面,表现为尖晶石固溶体在气孔中逐渐生长,使基质变得致密。在尖晶石固溶体/(Al,Cr)2O3固溶体界面,由尖晶石固溶体层扩散而来的Fe2+、Mg2+与(Al,Cr)2O3反应形成尖晶石固溶体。当尖晶石固溶体的形成速率和溶解速率相等时,尖晶石层厚度稳定。(Al,Cr)2O3固溶体通过尖晶石固溶体层向熔渣中间接溶解。在渗透层中,饱和的熔渣与基质之间没有发生明显的反应,溶解-沉淀的传质过程改变了基质结构,使基质中的晶粒变得圆滑,气孔率降低,结构变得更加致密,与原砖结构产生明显差异。酸性煤渣和碱性煤渣对镁铝锆耐火材料的侵蚀,存在比较明显的差异。显微分析结合热力学计算表明,酸性煤渣和碱性煤渣侵蚀过程中,熔渣中的Fe2+不仅可以像其它离子一样在界面处与方镁石、MgAl2O4反应,使材料溶解,还可以向方镁石、MgAl2O4内部扩散形成固溶体,并逐渐产生液相而溶解。酸性煤渣侵蚀过程中,MgO的溶解速率比MgAl2O4的溶解速率高,导致方镁石所在的区域形成凹陷的显微形貌,方镁石表面熔渣的流动速度变慢,熔渣中MgO质量分数增大,满足形成Mg2SiO4的热力学条件,试样表面形成了由(Mg,Fe)Al2O4固溶体、Mg2SiO4固溶体构成的较致密反应层,抑制了熔渣向试样内部的渗透,熔渣在试样中几乎没有渗透。方镁石通过Mg2SiO4固溶体间接向熔渣中溶解;MgAl2O4直接向熔渣中溶解。但是碱性渣侵蚀过程中,方镁石、MgAl2O4在渣中溶解速率都较大,方镁石、MgAl2O4直接向熔渣中溶解,试样中方镁石、MgAl2O4颗粒的结构被破坏,在试样表面形成离散的反应层。同时,熔渣渗透的过程中难以达到形成固相的热力学条件,且碱性渣粘度很低,熔渣在试样中渗透很明显。酸性渣对SiC和Si3N4-SiC耐火材料的侵蚀过程相似,试样表面侵蚀反应微弱,形成很薄的渗透层。在试验气氛条件下试样发生活性氧化,反应过程中形成的方石英向渣中溶解,同时形成的气体向周围扩散。在熔渣/试样界面,SiC、Si3N4与熔渣中的大部分FeO发生氧化还原反应,在试样表面形成C、Si、Fe合金,熔渣中剩余的FeO活度很低,不再与试样发生氧化还原反应。另外,氧化反应改变了试样气孔表面的结构组成,但由于熔渣对SiC和Si3N4-SiC试样的润湿性差,且氧化产生的方石英增加了熔渣黏度,熔渣在试样中的渗透非常微弱。试验条件下,镁铝锆和SiC质耐火材料均表现出了很好的抗酸性煤渣侵蚀性;侵蚀后试样的显微结构分析结合热力学计算,阐明了侵蚀机理。研究结果为水煤浆气化技术用无铬耐火材料的选材、设计和开发,提供了有力的试验数据,奠定了重要的前期基础。