熱(re)處理(li)(li)爐常用(yong)的耐(nai)火(huo)材料有耐(nai)火(huo)黏土(tu)磚、高鋁(lv)磚、抗滲碳磚、耐(nai)火(huo)混(hun)凝(ning)土(tu)、碳化硅制品(pin)、各種耐(nai)火(huo)纖(xian)維及(ji)耐(nai)火(huo)涂料等。其中(zhong)耐(nai)火(huo)黏土(tu)磚在(zai)熱(re)處理(li)(li)爐中(zhong)用(yong)得最多。
(1)耐火(huo)黏(nian)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AI2O 3(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AI2O 3的質量分數大于48%, 其余主要是SiO 2, 雜質很少。普通高鋁磚按照AI2O 3的質量分數分為三個等級,即Al2O3的質量分數大于48%,AI2O3的質量分數大于55%,AI2O3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(kang)滲(shen)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:
Fe203+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(huo)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(nai)(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)按其(qi)體積密度(du)不同可(ke)分為(wei)重(zhong)質耐(nai)(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)、輕質耐(nai)(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)與(yu)(yu)超(chao)輕質耐(nai)(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)。輕質黏土(tu)磚(zhuan)的(de)主要原(yuan)料與(yu)(yu)黏土(tu)磚(zhuan)相同,但(dan)在其(qi)中(zhong)加入了木屑(xie)、無煙煤或(huo)焦炭末,這些物(wu)質都屬于可(ke)燃物(wu),在耐(nai)(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)制備燒(shao)結(jie)過程(cheng)中(zhong)被燒(shao)掉,從而耐(nai)(nai)火(huo)(huo)磚(zhuan)的(de)孔隙度(du)增大,體積密度(du)變(bian)小(xiao),保溫性增強。也可(ke)以在配料中(zhong)加入化學發泡劑(ji),使(shi)磚(zhuan)的(de)體積密度(du)變(bian)小(xiao)。
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(nai)火纖維
耐(nai)(nai)火纖(xian)(xian)維(wei)又稱陶瓷纖(xian)(xian)維(wei),是一種新型的(de)耐(nai)(nai)火材料(liao),兼有(you)耐(nai)(nai)火和保(bao)溫作(zuo)用。根據原料(liao)不同有(you)硅酸鋁、石(shi)英、氧化鋁和石(shi)墨耐(nai)(nai)火纖(xian)(xian)維(wei)。耐(nai)(nai)火纖(xian)(xian)維(wei)具有(you)質量(liang)輕、比熱容小、耐(nai)(nai)高溫、熱震穩定性好、化學穩定性好等(deng)(deng)優點(dian),可以散狀填充,也可以制(zhi)成氈、板、繩、磚等(deng)(deng)成品使用,還可用于爐墻內側或耐(nai)(nai)火層(ceng)(ceng)與保(bao)溫層(ceng)(ceng)中間(jian)的(de)過(guo)渡層(ceng)(ceng)。
(7)不定型耐(nai)火材料
不(bu)定(ding)型(xing)(xing)(xing)耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)材料(liao)(liao)(liao)既可(ke)以制(zhi)成各種形狀(zhuang)的(de)預制(zhi)塊(kuai),便于機械(xie)化施工(gong),也(ye)可(ke)在加熱爐(lu)上整(zheng)體澆搗,加強(qiang)爐(lu)體的(de)整(zheng)體性,同(tong)時便于改(gai)進(jin)爐(lu)型(xing)(xing)(xing)結(jie)構。例如(ru),制(zhi)造鹽浴爐(lu)的(de)鹽槽(cao)坩堝,也(ye)可(ke)以制(zhi)造爐(lu)頂與爐(lu)襯的(de)預制(zhi)件。不(bu)定(ding)型(xing)(xing)(xing)耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)材料(liao)(liao)(liao)按照制(zhi)作方法(fa)不(bu)同(tong)可(ke)分為澆注料(liao)(liao)(liao)、可(ke)塑料(liao)(liao)(liao)、噴(pen)涂料(liao)(liao)(liao)、搗打(da)料(liao)(liao)(liao)、涂抹料(liao)(liao)(liao)、投射料(liao)(liao)(liao)等。常(chang)用(yong)的(de)不(bu)定(ding)型(xing)(xing)(xing)耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)材料(liao)(liao)(liao)有耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)澆注料(liao)(liao)(liao)、耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)可(ke)塑料(liao)(liao)(liao)、耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)搗打(da)料(liao)(liao)(liao)、耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)涂料(liao)(liao)(liao)和耐(nai)(nai)(nai)(nai)火(huo)水泥等。
耐(nai)火(huo)(huo)(huo)混(hun)凝(ning)土(tu)是(shi)熱處理爐(lu)常用(yong)的(de)一(yi)種不定型耐(nai)火(huo)(huo)(huo)材(cai)料,可分(fen)為(wei)硅酸(suan)鹽耐(nai)火(huo)(huo)(huo)混(hun)凝(ning)土(tu)、鋁酸(suan)鹽耐(nai)火(huo)(huo)(huo)混(hun)凝(ning)土(tu)、磷酸(suan)鹽耐(nai)火(huo)(huo)(huo)混(hun)凝(ning)土(tu)和(he)(he)水玻璃耐(nai)火(huo)(huo)(huo)混(hun)凝(ning)土(tu)等(deng)種類(lei)。耐(nai)火(huo)(huo)(huo)混(hun)凝(ning)土(tu)是(shi)由膠(jiao)結(jie)料、骨料和(he)(he)摻(chan)和(he)(he)料三(san)部分(fen)組(zu)成(cheng)(cheng),有時還加(jia)入促凝(ning)劑。其優點是(shi)可以澆搗成(cheng)(cheng)整體(ti)爐(lu)襯,便于制造復雜構件,修爐(lu)和(he)(he)砌爐(lu)的(de)速度快(kuai),爐(lu)子壽命長,成(cheng)(cheng)本低;缺點是(shi)耐(nai)火(huo)(huo)(huo)度低于耐(nai)火(huo)(huo)(huo)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(you)時為了(le)提高砌磚(zhuan)體(ti)的氣(qi)密性(xing)(xing)也可(ke)(ke)以(yi)采用(yong)摻有(you)水玻璃的可(ke)(ke)塑性(xing)(xing)泥漿。另外,磷(lin)酸鹽(yan)耐火泥漿在(zai)高溫下(xia)具有(you)較高的黏結(jie)強度、很好的高溫體(ti)積穩定(ding)性(xing)(xing)和化學穩定(ding)性(xing)(xing),所以(yi)在(zai)砌筑高溫鹽(yan)浴(yu)爐的浴(yu)槽(cao)時,可(ke)(ke)以(yi)使用(yong)磷(lin)酸鹽(yan)耐火泥漿作為填(tian)縫材料,也可(ke)(ke)以(yi)使用(yong)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查閱筑爐工手冊或有關標準。
表1熱處理爐(lu)常用(yong)耐火材料的主要性能
表(biao)2普(pu)通硅酸(suan)鋁耐火纖維的導(dao)熱率