工业炉是冶金、建材、化工、机械等行业的核心热工设备,而耐火材料则是其安全、高效、长寿运行的内衬保障。
耐高温保护:直接承受高温火焰、烟气的冲刷和辐射,保护炉体钢结构不被烧毁变形。
隔热保温:减少炉膛内部热量向外部环境的散失,提高热效率,节约能源。
抵抗化学侵蚀:抵抗炉内物料(如金属熔液、炉渣、碱性或酸性气氛)的化学侵蚀和渗透。
承受机械载荷:承受炉体结构应力、物料撞击、摩擦以及温度剧变带来的热应力。
耐火度:材料在不荷重时抵抗高温作用而不熔化的温度。它不是使用温度上限。
荷重软化温度:材料在恒定荷重下(通常为0.2MPa)产生一定变形量的温度。这比耐火度更能反映实际使用性能。
高温体积稳定性:材料在高温下长期使用,体积发生不可逆变化(收缩或膨胀)的性能。稳定性差的材料会导致炉衬开裂或挤坏。
热震稳定性:材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的能力。对于间歇式操作的炉窑尤为重要。
抗渗性:抵抗熔融金属、炉渣、粉尘等渗透的能力。
常温耐压强度:反映材料的结构强度和抗冲击、耐磨能力。
耐火材料的分类方式多样,常见的有:
酸性耐火材料:主要成分为SiO₂(二氧化硅),如硅砖、石英玻璃制品。耐酸性炉渣侵蚀,但不耐碱。
中性耐火材料:主要成分为Al₂O₃(氧化铝)、Cr₂O₃(氧化铬)或碳质。对酸、碱性炉渣都有较好的抵抗性。如高铝砖、刚玉砖、铬砖、碳砖等。
碱性耐火材料:主要成分为MgO(氧化镁)、CaO(氧化钙)等。耐碱性炉渣侵蚀,主要用于炼钢炉。如镁砖、镁铝砖、镁铬砖、白云石砖等。
定形耐火材料(耐火砖):具有固定形状的制品。
烧结砖:将坯体经过高温烧成而得,强度高,性能稳定。
不烧砖:坯体不经过烧成,直接使用,依靠化学结合剂在服役过程中产生强度。
熔铸砖:将原料高温熔化后浇注到模具中冷却成型,结构致密,强度极高,抗侵蚀性好。
不定形耐火材料:无固定形状,使用时现场浇筑或捣打成型。
耐火浇注料:像混凝土一样,加水搅拌后浇筑,施工方便,适合复杂形状,整体性好。是现代工业炉衬的主流选择。
耐火可塑料:具有可塑性,以捣打方式施工,热震稳定性好。
耐火喷涂料:通过喷射方式施工,用于修补或建造炉衬。
耐火泥:用于砌筑耐火砖的接缝材料。
普通耐火材料:1580~1770℃
高级耐火材料:1770~2000℃
特级耐火材料:>2000℃
| 工业炉类型 | 工作环境特点 | 常用耐火材料 |
|---|---|---|
| 钢铁行业高炉 | 高温、高压、铁水和碱性炉渣的化学侵蚀、机械磨损 | 炉缸、炉底:高导热性的碳砖、微孔碳砖 炉身中上部:高铝砖、硅线石砖、刚玉莫来石砖 出铁口:Al₂O₃-SiC-C质炮泥(不定形) |
| 炼钢电炉/转炉 | 超高温(>1700℃)、强碱性氧化渣、急冷急热、机械冲击 | 炉衬:镁碳砖 炉盖:高铝砖或高铝浇注料 |
| 水泥回转窑 | 高温、碱性气氛、物料磨损、筒体旋转 | 烧成带:碱性砖,如镁铁尖晶石砖 过渡带:抗热震性好的尖晶石砖或特种高铝砖 预热器/分解炉:耐碱砖、耐火浇注料 |
| 玻璃熔窑 | 高温、玻璃液侵蚀、碱性挥发物(如纯碱) | 池壁:抗玻璃液侵蚀极强的电熔锆刚玉砖 大碹(窑顶):硅砖 蓄热室:高铝砖、镁砖 |
| 热处理炉(连续或箱式) | 温度相对较低(<1300℃),要求炉温均匀、气氛可控 | 炉墙/炉顶:轻质耐火砖或陶瓷纤维模块( 炉底:重质高铝砖或抗渗碳砖 |
工业炉膛耐火材料是一个系统工程,需要综合考虑炉型、工作温度、气氛、侵蚀介质、操作制度(连续或间歇)以及成本等因素。正确的选材和施工是确保工业炉安全、高效、经济运行的关键。
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