Journal of Energy Engineering (에너지공학)

The Korean Society for Energy (한국에너지학회)
권호 표지

Investigation of Corrosion Mechanism by Analyses of Spent Chromia Refractory fvom a Coal Gasifier

석탄 가스화기에서의 크로미아 내화물 분석을 통한 화학적 침식 기구 규명

  • 김한봄 (홍익대학교 신소재화공시스템공학부) ;
  • 오명숙 (홍익대학교 신소재화공시스템공학부)
  • Published : 2004.11.01
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Abstract

Spent refractories from a coal gasifier after 1000 hours of operation were analyzed for crystalline phases, chemical composition and microstructures as a function of slag penetration depth, and the slag corrosion mechanism was determined. The chemical corrosion of chromia refractory occurred via reaction between Cr$_2$O$_3$ of the refractory and FeO and A1$_2$O$_3$ in the slag. The FeO reacted with Cr$_2$O$_3$ at the slare/refractory interface and formed FeCr$_2$O$_4$. After all FeO were consumed, Al in the penetrating slag substituted Cr in Cr$_2$O$_3$, forming (Al, Cr)$_2$O$_3$, at the edges of the particle, which were broken to form fragments rich in Al. The corrosion resistance of Cr$_2$O$_3$ varied with the particle size and the extent of sintering, and the higher resistance was observed in the larger and more sintered particles. There was no chemical change in ZrO$_2$, but showed the effects of physical corrosion: the grain boundaries became more wavy, and ZrO$_2$ grains were split in the corroded area. The slag penetration depth increased in the refractory samples farther down from the feed nozzles.

석탄 가스화기에서 1000시간 이상 사용된 Cr$_2$O$_3$-Al$_2$O$_3$-ZrO$_2$ 내화물의 결정구조, 화학성분, 미세구조를 분석하여 석탄 슬래그에 의한 화학적 침식 메카니즘을 규명하였다 크로미아 내화물의 침식은 슬래그의 FeO와 $Al_2$O$_3$이 Cr$_2$O$_3$과 반응하며 일어나는 것으로 추정된다. 1차적으로 내화물의 슬래그 접촉면에서 슬래그의 FeO와 Cr$_2$O$_3$가 반응하여 FeCr$_2$O$_4$를 형성한다. 슬래그의 FeO가 모두 소모된 후 슬래그의 $Al_2$O$_3$이 Cr$_2$O$_3$ 입자와 반응하여 (Al, Cr)$_2$O$_3$를 형성하고, (Al, Cr)$_2$O$_3$상은 가장자리로부터 깨어져 미세한 입자를 형성한다. Cr$_2$O$_3$의 침식정도는 입자 크기와 치밀도에 따라 달라지며, 입자가 클수록, 치밀도가 높을수록 내침성이 증가하였다. ZrO$_2$는 화학적 성분의 변화 없었으나 슬래그 접촉면 부근에서 상 경계의 굴곡이 심해지거나 입자가 절단되는 물리적 침식의 영향을 받는다. 슬래그의 침투도는 일반적으로 석탄 주입구에서 아래로 내려갈수록 증가하나 슬래그 tap에서는 감소하였다.

Keywords

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