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熱處理爐常用的8種耐火材料及使用部位

發布日期: 2020-12-09 11:32:34    閱讀量(141)    作者:

熱處理爐常用的耐火材料有耐火黏土磚、高鋁磚、抗滲碳磚、耐火混凝土、碳化硅制品、各種耐火纖維及耐火涂料等。其中耐火黏土磚在熱處理爐中用得最多。

(1)耐火黏土磚。

耐火黏土磚的原料主要是耐火黏土和高嶺土。耐火黏土磚的化學成分為Al2O3(質量分數為30%~40%)、SiO2(質量分數為50%~65%),其余為各種金屬氧化物。普通黏土磚屬于弱酸性,其荷重軟化點為1350℃,具有較小的膨脹系數、熱導率和比熱容,具有較好的熱振穩定性,最高使用溫度為1300~1400℃。

普通黏土磚在熱處理爐中使用最多,一般用于砌筑爐頂、爐底、爐墻、燃燒室等。在熱處理爐中鐵鉻鋁合金與黏土磚之間會發生化學反應,黏土磚會使鐵鉻鋁合金受腐蝕而損壞。黏土磚在控制氣氛中易受CO、H2的侵蝕而被破壞。

(2)高鋁磚。

高鋁磚中Al2O3的質量分數大于48%,其余主要是SiO2,雜質很少。普通高鋁磚按照Al2O3的質量分數分為三個等級,即Al2O3的質量分數大于48%,Al2O3的質量分數大于55%,Al2O3的質量分數大于65%。高鋁磚具有耐火度高、高溫結構強度好和化學穩定性好等優點,但價格昂貴,多用于高溫熱處理爐及電阻絲或電阻帶的擱磚、熱電偶導管、馬弗爐的爐芯等。

(3)抗滲碳磚。

在含有CO和H2和還原氣氛中,耐火黏土磚或耐火高鋁磚中的Fe2O3會與氣氛發生如下反應:

Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 (1)

Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O (2)

生成金屬鐵。而鐵又是下述反應的催化劑,加速了CO的分解,析出炭黑,沉積于磚體內部。

2CO=CO2+C (3)

鐵的形成及隨后鐵又形成Fe3C均使砌磚體變得疏松。同時,砌磚體內炭黑的沉積使磚的體積膨脹。這將導致普通耐火黏土磚或耐火高鋁磚爐襯過早損壞。因此,抗滲碳磚中Fe2O3的質量分數要求在1%以下。

(4)碳化硅耐火制品。

碳化硅耐火制品的化學成分主要是SiC。它具有較高的耐火度和高溫結構強度,很好的耐磨性、熱震穩定性、導熱性及導電性。根據其制造工藝的不同,可用做高溫爐的電熱元件、高溫爐的爐底板等。碳化硅制品在1300℃以上時易被氧化,并易被堿性爐渣所侵蝕。

(5)輕質耐火磚。

耐火磚按其體積密度不同可分為重質耐火磚、輕質耐火磚與超輕質耐火磚。輕質黏土磚的主要原料與黏土磚相同,但在其中加入了木屑、無煙煤或焦炭末,這些物質都屬于可燃物,在耐火磚制備燒結過程中被燒掉,從而耐火磚的孔隙度增大,體積密度變小,保溫性增強。也可以在配料中加入化學發泡劑,使磚的體積密度變小。

采用輕質或超輕質磚做爐襯時,可以減少爐襯的蓄熱損失,節省能源,同時可以縮短空爐升溫的時間。但輕質磚和超輕質磚也存在很多不足,由于其體積密度小而使其耐壓強度降低,荷重軟化點也降低;因為其孔隙率增大使其殘余收縮(或膨脹)增大,抗化學侵蝕能力下降。

(6)耐火纖維。

耐火纖維又稱陶瓷纖維,是一種新型的耐火材料,兼有耐火和保溫作用。根據原料不同有硅酸鋁、石英、氧化鋁和石墨耐火纖維。耐火纖維具有質量輕、比熱容小、耐高溫、熱震穩定性好、化學穩定性好等優點,可以散狀填充,也可以制成氈、板、繩、磚等成品使用,還可用于爐墻內側或耐火層與保溫層中間的過渡層。

(7)不定型耐火材料。

不定型耐火材料既可以制成各種形狀的預制塊,便于機械化施工,也可在加熱爐上整體澆搗,加強爐體的整體性,同時便于改進爐型結構。例如,制造鹽浴爐的鹽槽坩堝,也可以制造爐頂與爐襯的預制件。不定型耐火材料按照制作方法不同可分為澆注料、可塑料、噴涂料、搗打料、涂抹料、投射料等。常用的不定型耐火材料有耐火澆注料、耐火可塑料、耐火搗打料、耐火涂料和耐火水泥等。

耐火混凝土是熱處理爐常用的一種不定型耐火材料,可分為硅酸鹽耐火混凝土、鋁酸鹽耐火混凝土、磷酸鹽耐火混凝土和水玻璃耐火混凝土等種類。耐火混凝土是由膠結料、骨料和摻和料三部分組成,有時還加入促凝劑。其優點是可以澆搗成整體爐襯,便于制造復雜構件,修爐和砌爐的速度快,爐子壽命長,成本低;缺點是耐火度低于耐火磚。

(8)耐火泥漿。

耐火泥漿是在采用成形磚砌筑爐體時用來填充磚縫使其相互黏結而固定的,同時使砌磚體具有一定的強度和氣密性的一種耐火材料。耐火泥由熟料和黏結劑組成,其耐火度由原料的耐火度及其配料比決定,一般稍低于所砌耐火磚的耐火度。為了使耐火泥漿和磚體具有相同的工藝性能,所選用的耐火泥漿的成分及性能應接近于所砌耐火磚的相應性能,即各種耐火磚應使用其規定的耐火泥漿。例如,在砌筑黏土磚時,一般采用質量分數為50%~70%的黏土熟料粉和質量分數為30%-50%的結合黏土(生黏土)做耐火泥漿,其中生黏土起到黏結加固作用,但是量不能用得太多,因為生黏土量用多了,在燒結時體積收縮較大,容易使砌縫開裂。

有時為了提高砌磚體的氣密性也可以采用摻有水玻璃的可塑性泥漿。另外,磷酸鹽耐火泥漿在高溫下具有較高的黏結強度、很好的高溫體積穩定性和化學穩定性,所以在砌筑高溫鹽浴爐的浴槽時,可以使用磷酸鹽耐火泥漿作為填縫材料,也可以使用高鋁熟料粉做耐火泥漿。

熱處理爐常用耐火材料的主要性能指標見表1、表2。其他耐火材料的性能指標可査閱筑爐工手冊或有關標準。

表1熱處理爐常用耐火材料的主要性能

表2 普通硅酸鋁耐火纖維的導熱率

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