耐火材料用途廣泛,從鋼鐵工業的煉鐵工序的高爐、熱風爐、焦爐到煉鋼工序的轉爐、二次精煉爐、連鑄以及熱軋工序的加熱爐均在使用。另外,還用于水泥、玻璃、有色金屬等產業的窯爐和焚燒爐、熔融爐等環境保護窯爐需要高溫處理的部位。
理化指標是對照標準要求,按照標準檢測方法檢測的,產品的質量指標。下面簡單解釋一下耐火材料的幾項理化指標的概念:
①氣孔率: 耐火材料中氣孔體積與總體積之比稱為氣孔率,即是材料中含有氣孔的多少;
②單位表觀體積占有的質量稱為體積密度;
③礦物組成:化學成分在材料中存在的結合狀態;
④主成分:是指在耐火材料中對材料的性質起決定作用并構成耐火基體(含量高)的成分;
⑤那些能與主成分相互作用,使其耐火性能降低的氧化物或化合物,通常稱為熔劑的雜質;
⑥主晶相是指構成耐火制品結構的主體而且熔點較高的結晶相;
⑦填充于主晶相(次晶相)之間的不同成分的細微結晶礦物和玻璃相統稱為基質;
⑧耐火材料在無荷重條件下,抵抗高溫作用而不熔化的性質稱為耐火度;
耐火材料定義
耐火材料是耐火度不低于1580℃的材料。一般是指主要由無機非金屬材料構成的材料和制品,耐火度是指材料在高溫作用下達到特定軟化程度時的溫度,它標志材料抵抗高溫作用的性能。
耐火度只是耐火材料在高溫下的單一性能,可以作為爐窯在高溫下使用的基本保證??墒怯械牟牧显诩谞t使用具有較高的耐火性,而在乙爐使用耐火性能很差,這就是爐內條件差異造成的。
如果兩個爐子溫度同樣高,若乙爐內含有大量的CO等煙塵,并與耐火材料直接接觸,使用效果就不一樣。因此,對耐火材料的確切定義還須加上熱的性狀、溫度上升速度、加熱持續時間等條件。
常見定形耐火材料及理化指標
(1)粘土磚粘土磚是以耐火粘土作原料,將一部分粘土預先煅燒成熟料,與另一部分生耐火粘土配合,經過配料、混合、成形、干燥、焙燒等生產工序制造而成,其主要成分為w(SiO2)50%~60%和w(Al2O3)30%~40%。該耐火磚的特點是:熱震穩定性較好,耐急冷急熱次數可達10~15次,隨熟料及粗顆粒含量的增加而提高;耐火度為1580—1770℃,隨Al2O3/SiO2的比值增大而提高,隨雜質含量的增大而降低;粘土磚屬弱酸性或接近中性的耐火材料,缺點是荷重軟化溫度不高,使用溫度不過1350℃,粘土質耐火磚使用范圍較廣,主要用于各種加熱爐、熱處理爐、沖天爐和干燥爐的爐體;
(2)高鋁磚高鋁磚由高鋁礬土、硅線石、天然或人造剛玉、工業氧化鋁等經配料、混合、成形等工序后經高溫焙燒而成。其特點是其耐火度、荷重軟化溫度都比粘土磚高,使用溫度可達1400~1650℃,屬中性耐火材料,抗渣性和熱震穩定性較好,其缺點是熱穩定性較低,重繞收縮較大,價格較貴。高鋁磚的w(A12O3)為48%~75%,根據氧化鋁含量的高低分為一級高鋁磚、二級高鋁磚、三級高鋁磚。
(3)隔熱耐火磚隔熱耐火磚又稱輕蜘,是指各種質量輕、密度小、氣孔率高、熱導率低的耐火磚。該類磚按不同的生產方法(如摻入可燃物燒盡法、泡沫法、化學法等)制成各種不同的輕質耐火磚。輕蜘的材質有粘土質、高鋁質、硅質及鎂質等。隔熱耐火磚的特點是體積密度小、比熱容低、重繞線變化小,熱導率比粘土耐火磚低1/2~2/3,用該磚砌筑的爐體熱效率高。
(4)剛玉耐火磚剛玉耐火磚是指w(A12O3)>95%、高溫礦物相為剛玉質或叫(A12O3)>80%的剛玉——莫來石質的高純度高鋁磚。該類制品是以天然高鋁礬土和人造合成原料(電熔剛玉、工業氧化鋁)為主要原料,經高溫燒結而成。剛玉耐火磚的特點是耐火度和荷重軟化溫度都高,使用溫度可達1600一1700℃,熱穩定性好,高溫下重燒線收縮小,化學穩定性好,對各種熔渣的抗蝕能力強。剛玉耐火磚一般用做電阻爐的熱電偶管、高溫爐的絕緣子、擱磚,也可做推桿爐的滑軌等構件。
(5)石墨磚普通石墨磚是用天然石墨作原料,添加耐火粘土作結合劑制成的產品,該類制品有很高的耐火度和荷重軟化溫度。石墨、高強石墨、高純石墨等可制作電熱元件,使用溫度可達2200~3000℃。石墨磚機械加工性能好,常溫強度比金屬低,但強度隨溫度升高而加強,1700℃時其強度過所有氧化材料和金屬材料。但石墨磚在大氣中加熱易氧化,一般多在保護氣體爐和真空爐中使用。
(6)抗滲碳磚抗滲碳磚用于砌筑滲碳爐,可以為粘土質也可為高鋁質,嚴格控制氧化鐵w(Fe2O3)≤1%。因滲碳爐內的還原氣氛中的H2和CO會使氧化鐵發生還原性反應,在砌體中產生Fe、Fe2C、C等新生結構使體積膨脹,引起磚層破壞、疏松、剝落,使其強度大大下降??節B碳磚分輕質和重質兩種。螢質抗滲碳磚用于無罐氣體滲碳爐的爐膛內表面層和受負荷較大易磨損的部位,輕質抗滲碳磚用于無罐氣體滲碳爐的隔熱層。
(7)氧化鋁空心球磚氧化鋁空心球磚以氧化鋁空心球作骨料,添加一定量的氧化鋁粉,再加入5%(質量分數) (含量為%(質量分婁妁),的她(so,)。水溶液為結合劑經混煉、成形、燒結等工序而成。該磚耐高溫、熱導率低、熱震穩定性和強度較好,同時體積密度小、比熱容低,在還原性或氧化氣氛中有較好的化學穩定性,適用于高溫爐的保溫材料。
(8)碳化硅磚以粘土結合的碳化硅制品,碳化硅的含量為40%~90%(質量分數);以二氧化硅結合的碳化硅制品,碳化硅的含量在85%(質量分數)左右。應用范圍較廣,可制成爐管、爐盤、爐膛、導軌、棚板等。以氮化硅結合的碳化硅磚,碳化硅的含量≥70%(質量分數)、Si3N4≥20%(質量分數),具有良好的耐磨性、好的抗熱震性和良好的抗氧化性,抗折強度為粘土結合碳化硅制品的倍,主要用于高爐爐底、高爐內襯、各種爐窯的隔焰板、燃燒室內襯及熱交換器等。高鋁碳化硅磚是一種復合耐火材料,具有耐高溫、強度高、熱穩定性好、耐腐蝕及耐沖刷的點,廣泛用于加熱爐、冶煉爐。該種制品的碳化硅含量≥13%(質量分數)、Al2O3≥60%(質量分數)。再結晶的碳化硅制品,碳化硅含量99%(質量分數),體積密度2.55kg/cm3,熱導率高,耐急冷急熱性、高溫化學穩定性和耐磨性都好,常用做爐罐、加熱板、匣缽和電熱元件。
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