耐火材料是指耐火度不低於1580℃的無機非金屬材料。
1.耐火材料的性能要求
(1)耐火度
耐火度是指無荷重時材料抵抗高溫作用而不熔化的性能。
(2)荷重軟化溫度
荷重軟化溫度表示耐火材料抵抗高溫和負荷共同作用而保持穩定的能力。
(3)高溫體積穩定性
高溫體積穩定性是指耐火材料在高溫長期作用下,外形體積或線度保持穩定而不發生永久變形的性能。高溫體積穩定性對避免砌築體開裂和造成設備損壞有重要意義。
(4)抗熱震性
耐火材料在使用過程中,經常會受到溫度急劇變化的作用,因此耐火材料必須具備高的抗熱震性。
(5)抗渣性
抗渣性指耐火材料抵抗熔渣或其他熔液侵蝕而不損壞的能力。耐火材料在與熔液直接接觸的高溫冶煉爐、熔化爐、煆燒爐和反應爐等窯爐和高溫容器中,極易受熔渣侵蝕而損壞。因而,提高耐火材料的抗渣性,對提高砌築體的使用壽命是很有意義的。
(6)耐真空性
耐真空性是指耐火材料在真空和高溫下工作時的耐久性。耐火材料在高溫減壓下工作時,其中一些組分容易揮發,同時材料與介質間的一些化學反應也更易進行,使許多耐火材料的耐久性降低。
2.常見耐火磚
(1)黏土磚
黏土磚的主要成分是氧化鋁和二氧化矽,屬於中性耐火材料。荷重軟化溫度為1350℃,使用溫度不超過1000℃,有很好的耐急冷急熱性能。
(2)半矽磚
半矽磚是由石英和耐火黏土混合製成,屬於半酸性耐火材料。其特點是重燒線收縮很小,抗渣性也好。主要用於轉爐、電爐和化鐵爐等。
(3)高鋁磚
高鋁磚是氧化鋁含量大於48%的矽酸鋁質耐火材料,其他組成是二氧化矽。它的耐火度和荷重軟化溫度都比黏土磚高,抗渣性較好,抗壓強度也大。
(4)矽磚
矽磚中二氧化矽含量大於93%,由二氧化矽加入石灰和黏土燒製而成,屬於酸性耐火材料。矽磚的高溫強度好,荷重軟化溫度幾乎接近耐火度,可達1650~1660℃,但抗熱震性差。主要用於煉鋼爐、焦爐和玻璃熔爐等。
(5)輕質磚
輕質磚含有較多的氣孔,因而不僅耐火而且絕熱。
主要用作爐子中的保溫層,降低設備的熱損失,減少燃料消耗。但它的抗熱震性差,抗渣性和抗壓強度都低。
所以,一般不能直接與火焰或熔渣接觸。
(6)鎂質耐火磚
主要是鎂磚,其中氧化鎂的含量為85%左右,是堿性耐火材料。耐火度很高,在2000℃以上,但抗熱震性很差。主要用於堿性平爐、電爐及有色金屬冶金爐等。
(7)炭磚
以無煙煤、焦炭為原料,加入瀝青等結合劑,加熱混煉、成型並在還原氣氛中燒成。炭磚的特點是耐火度高、抗渣性強、抗熱震性好、高溫結構強度高,但容易氧化。可用於高爐爐缸和爐底、鐵合金電爐爐襯以及煉鋁電解槽等。
3.耐火纖維
耐火纖維是纖維狀的耐火材料。是一種高效絕熱材料。它具有一般纖維的特性(如柔軟、強度高等),可加工成各種紙、帶、線繩、氈和毯等,又具有普通纖維所沒有的耐高溫、耐腐蝕和抗氧化的性能,克服了一般耐火材料的脆性。同時,有非常顯著的節能效果。
目前發展最快應用最多的是矽酸鋁耐火纖維,其主要化學成分是氧化鋁和二氧化矽。矽酸鋁纖維及其製品的耐火度多數可達1700℃以上,具有彈性好,熱膨脹小,熱傳導小,重量輕,抗熱震性好,安裝容易等優點,廣泛應用於加熱爐內襯及爐窯、管道的隔熱和密封。
4.耐火混凝土
耐火混凝土一般由骨料、膠結劑、外加劑三部分按一定比例製成混合料直接澆注而成。根據膠結劑的不同,耐火混凝土可分為鋁酸鹽耐火混凝土、水玻璃耐火混凝土、磷酸鹽耐火混凝土和硫酸鋁耐火混凝土等。耐火混凝土雖然耐火度和荷重軟化開始溫度比耐火磚稍低,但工藝簡單,不用複雜的燒成工藝,可塑性好,便於製成形狀複雜的整體製品,成本低,壽命和耐火磚相近,所以使用越來越廣泛。用於加熱爐、均熱爐等的爐襯、爐門、爐牆以及電爐出鋼槽等。