航天爐采用水冷壁敷耐火材料結(jié)渣層技術(shù)，此種技術(shù)在高溫?zé)峁ぴO(shè)備上被廣泛應(yīng)用，比較典型的如煉鐵高爐 (爐身下部) 、電廠(chǎng)鍋爐、煉鋼電弧爐及一些有色冶煉爐等，這些設(shè)備工作溫度高，水冷壁工況條件苛刻，但其應(yīng)用效果都很好，簡(jiǎn)言之，水冷壁技術(shù)在高溫?zé)峁ぴO(shè)備上的應(yīng)用十分成熟，航天爐選擇水冷壁敷以耐火材料是比較合適的。據(jù)了解，在我國(guó)包括航天爐在內(nèi)的粉煤加壓氣化爐的水冷壁上，在水夾套內(nèi)側(cè)焊有直徑 10 mm 的鉚釘 ( 亦稱(chēng)渣釘、錨固釘、銷(xiāo)釘?shù)? ，采用涂抹和搗打的方式使不定形耐火材料與水冷壁夾套內(nèi)壁緊密貼合，搗打?qū)涌偤穸纫话阍?20 ～ 30 mm，采用熱導(dǎo)率大的耐火材料，熔渣粘附到耐火層后溫度降低了，渣的粘度增大，熔渣逐漸凝固，渣層厚度在氣化爐內(nèi)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，實(shí)現(xiàn)“以渣抗渣”。
業(yè)內(nèi)有人認(rèn)為搗打料不易保證質(zhì)量，成型后易產(chǎn)生裂紋，且氣孔率較大、密度不夠均勻，施工時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度又較大，不如采用澆注料，并建議采用 Al2O3-SiO2- SiC 澆注料; 也有人在電廠(chǎng)鍋爐水冷壁施工時(shí)認(rèn)為施工體薄 ( 最薄處厚度僅為 60 mm) 、無(wú)法插入振動(dòng)棒而采用噴涂施工。航天爐施工體厚度只有 20 ～ 30 mm，更不易采用澆注料，特別是 Al2O3-SiO2-SiC 澆注料，因?yàn)楹教鞝t內(nèi)還原性氣體 H2 與耐火材料中的 SiO2 會(huì)發(fā)生反應(yīng)，生成氣態(tài) SiO 并從耐火材料中逸出，導(dǎo)致耐火材料成型體被破壞。
實(shí)際上，由于氣化爐內(nèi)為含高濃度CO和H2 的還原性氣氛，氣化爐水冷壁宜首選SiC系不定形耐火材料，以 SiC 為主的 SiC-Al2O3 系耐火材料在氣化爐水冷壁上也有很好的使用效果。SiC 系不定形耐火材料具有極好的耐磨及耐高溫性能，且具有高溫下強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高、抗熱沖擊性強(qiáng)、熱震穩(wěn)定性好、耐酸性氧化物侵蝕等優(yōu)點(diǎn)，但 SiC 表面光滑，其吸水率低、粘結(jié)性差，用作氣化爐水冷壁時(shí)需與其他耐火原料進(jìn)行混配，SiC 與 Al2O3 結(jié)合的耐火材料比較普遍。耐火原料中要盡量減少甚至不宜有SiO2 和 Fe2O3 的存在，因?yàn)榇趾铣蓺庵泻写罅康?H2，H2 會(huì)通過(guò)耐火材料裂縫和氣孔滲入，與耐火材料中的 SiO2 發(fā)生反應(yīng)，破壞耐火材料的組織結(jié)構(gòu)，使其強(qiáng)度降低，加速耐火材料的損毀; 另外，在強(qiáng)還原性氣氛中，耐火材料中的Fe2O3 易還原成 Fe 而析出，造成耐火材料涂層破壞。
SiC 與某些物質(zhì)的反應(yīng)情況見(jiàn)表 1
由上述情況可以得出: 采用SiC 做骨料( SiC 含量75%以上) ，Al2O3 微粉及納米粉為配料，與磷酸二氫鋁結(jié)合的搗打料，屬于氣硬性材料，在空氣中就能固化。磷酸二氫鋁膠體在一定 溫度下脫水濃縮發(fā)生聚合反應(yīng)，加上 Al2O3 微粉及納米粉的凝聚作用，可使搗打料產(chǎn)生一定的強(qiáng)度，在高溫下形成陶瓷結(jié)合，增強(qiáng)成品的抗侵蝕性和耐磨性; 而耐火材料中 Al2O3 的存在，還能與高溫下 SiC 分解出的少量 SiO2 生成莫來(lái)石，形成無(wú)限固溶體，使耐火材料具有更優(yōu)良的抗熱震性、抗氧化性。
水冷壁的耐火材料表面形成高強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率、抗侵蝕、不易剝落的保護(hù)層后，當(dāng)熔渣接觸 耐火材料時(shí)，可以快速冷卻降溫而粘結(jié)在材料表面，形成掛渣保護(hù)層，達(dá)到 “以渣抗渣”的目的，從而保護(hù)水冷壁不受高溫、高速氣流及熔渣的直接沖擊。正常運(yùn)行的氣化爐，水冷壁的SiC涂層表面附著穩(wěn)定的固態(tài)和液態(tài)渣層，因此 SiC 涂層表面溫度遠(yuǎn)低于爐內(nèi)溫度，一般僅400 ～500 ℃
航天爐水冷壁所用耐火材料熱導(dǎo)率是關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，熱導(dǎo)率高，耐火材料表面溫度低，熔渣易凝固沉積，這也是采用水冷技術(shù)的關(guān)鍵所在。高熱導(dǎo)率的 SiC 是熱工設(shè)備水冷壁用耐火材料的普遍選擇，水冷壁上形成的熔渣層導(dǎo)熱系數(shù)很低，會(huì)阻止熱量向外傳遞，形成很好的隔熱層，既保護(hù)水冷壁盤(pán)管又提高耐火材料的使用壽命。