摘要：耐火材料是指耐火度不低于1580℃的一類無機非金屬材料。耐火材料廣泛用于冶金、化工、石油、機械制造、硅酸鹽、動力等工業(yè)領域，在冶金工業(yè)中用量最大，占總產(chǎn)量的50％～60％。本文重點探討加熱爐耐火材料的應用。

　關鍵詞： 加熱爐；耐火材料；高溫技術

　中圖分類號：TG155.1+2文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2012）16-0033-02

　1耐火材料的發(fā)展及分類

　耐火材料與高溫技術相伴出現(xiàn)，大致起源于青銅器時代中期。中國東漢時期已用粘土質(zhì)耐火材料做燒瓷器的窯材和匣缽。20世紀初，耐火材料向高純、高致密和超高溫制品方向發(fā)展，同時出現(xiàn)了完全不需燒成、能耗小的不定形耐火材料和耐火纖維。現(xiàn)代，隨著原子能技術、空間技術、新能源技術的發(fā)展，具有耐高溫、抗腐蝕、抗熱振、耐沖刷等綜合優(yōu)良性能的耐火材料得到了應用。

　耐火材料種類繁多，通常按耐火度高低分為普通耐火材料（1580～1770℃）、高級耐火材料（1770～2000℃）和特級耐火材料（2000℃以上）；按化學特性分為酸性耐火材料、中性耐火材料和堿性耐火材料。此外，還有用于特殊場合的耐火材料?，F(xiàn)在對于耐火材料的定義，已經(jīng)不僅僅取決于耐火度是否在1580℃以上了。目前耐火材料泛指應用于冶金、石化、水泥、陶瓷等生產(chǎn)設備內(nèi)襯的無機非金屬材料。

　2耐火材料在加熱爐上的發(fā)展歷程及應用

　耐火材料對加熱爐的爐型有著極大的影響，耐火材料的技術進步和耐火材料的性能、質(zhì)量，不僅影響加熱爐的爐型結構，而且影響著加熱爐的運行狀況、維修次數(shù)和使用壽命。我國加熱爐用耐火材料先后采用了普通粘土磚、高鋁磚；搗打料、可塑料、普通澆注料和高性能澆注料時期。

　2.1 耐火材料在加熱爐上的發(fā)展歷程

　2.1.1 粘土磚和高鋁磚時期７０年代以前，我國加熱爐用耐火材料主要采用粘土磚和高鋁磚，爐型結構主要為拱頂結構。由于使用的耐火材料屬于低檔材料，高溫性能差，加上爐型結構存在缺陷，加熱爐使用壽命很低。此外，爐頂磚在運行過程中易產(chǎn)生松動、脫落以及局部損毀過快，使得加熱爐維修頻繁，作業(yè)率較低。

　2.1.2 搗打料、可塑料、粘土澆注料和水泥結合普通澆注料時期７０年代后期至80年代，加熱爐上開始采用搗打料、可塑料、粘土澆注料和水泥結合普通澆注料。上述材料在加熱爐上的應用，改變了傳統(tǒng)的磚砌爐體結構，開始了不定型耐火材料在加熱爐上的應用時期。采用搗打料、可塑料、粘土澆注料和水泥結合普通澆注料砌筑的爐體結構，不僅可以采用平頂結構，方便砌筑，而且爐體的整體性好，氣密性好，有利于加熱爐的操作和維護。

　2.1.3 低水泥、超低水泥和無水泥澆注料時期80年代后期，隨著不定型耐火材料技術的不斷進步，低水泥、超低水泥和無水泥澆注料等一系列高技術耐火材料在我國問世，并在冶金工業(yè)的各種熱工窯爐上得到應用。低水泥、超低水泥和無水泥澆注料是利用流變學原理，最緊密堆積理論和越細粉技術，在普通澆注料基礎上發(fā)展起來的一類高技術耐火澆注料。由于采用了最緊密堆積理論和超細粉技術，這類材料具有氣孔率低、氣孔尺寸細小、密度大、體積穩(wěn)定性好、強度高和加水量低等特點。

　2.2 耐火材料在加熱爐體的應用爐體由爐墻、爐底和爐頂組成。在爐子一側端墻安裝有端燒嘴，均熱段端墻上還有出料門，另一側端墻上有進料門。側墻除有爐門和入孔外，加熱段側墻上有時也安裝側燒嘴；推鋼式爐爐底由均熱床和水冷管滑道或陶瓷滑軌磚組成，步進式爐爐底則由固定梁（底）和步進梁組成。習慣上所稱爐底系指磚砌或不定形耐火材料制作的實爐底。爐頂分為拱頂和平頂兩種。爐頂部位受高溫、氣流沖刷和熱應力等因素影響，特別是加熱段前部和均熱段的爐頂，較易損毀，是整個爐體的薄弱環(huán)節(jié)。因此，爐頂?shù)膲勖?，即代表加熱爐的使用壽命。

??? 2.2.1 磚砌爐體用隔熱磚和耐火磚砌筑的爐襯。爐子絕熱層用粘土質(zhì)或高鋁質(zhì)隔熱磚、漂珠磚、硅藻土磚及耐火纖維氈等材料砌筑。厚度為113~300mm，爐墻工作層用粘土質(zhì)耐火磚砌筑，厚度為230~400mm，開孔洞處可用磚砌拱、用異型磚拼砌或搭蓋長條粘土質(zhì)耐火磚。如爐墻較高需在適當?shù)拈g距處安設高鋁質(zhì)抗拉磚，以防爐墻起到。同時，加熱段爐墻底部需加厚，以增加其穩(wěn)定性。受鋼坯碰撞的爐墻較易損毀。燒嘴周圍和側出鋼口等開孔洞部位的爐墻，受高溫、急冷急熱和機械等作用最易損壞。爐底工作層厚度為300~400mm，預熱段用粘土質(zhì)耐火磚砌筑，加熱段則用粘土磚或高鋁磚砌筑，其上鋪一層冶金鎂砂以抵抗氧化鐵皮渣的侵蝕，也可用鎂磚或鎂鉻磚直接砌筑一層保護層。均熱段的實底均熱床因受高溫和鋼坯沖擊、移動磨損及渣侵蝕等作用，損毀較快。該部位用高鋁磚或鎂磚作工作層時，使用壽命約為半年，改用電熔莫來石磚或剛玉磚使用壽命可延長至1年左右。爐頂為磚砌拱頂時，其工作層厚度為230~250mm，絕熱層厚度約為70mm。吊掛平頂用的吊掛磚分為單溝式、單面槽式、雙面槽式和夾持式等類型。一般用礬土質(zhì)吊掛轉，高溫區(qū)也有用高鋁質(zhì)吊掛磚的。爐頂壓下部位常用的異性吊掛磚不需作絕熱層。粘土質(zhì)耐火磚爐頂?shù)氖褂脡勖鼮?/SPAN>1~2年，高鋁磚爐頂?shù)膲勖愿咝纱u改用不燒高鋁質(zhì)吊掛磚后，使用壽命可提高1倍左右。在正常操作的情況下，軋鋼加熱爐的使用壽命一般為1~3年，鍛鋼加熱爐因間歇操作，受熱應力和機械碰撞等作用大，其使用壽命為3~11個月。

　2.2.2 預制塊吊裝爐體預制塊是用鋁酸鹽水泥、磷酸鹽低水泥和水玻璃等耐火澆注料制造的。如用粘土結合耐火澆注料制作預制塊需配有錨固件。爐頂預制塊分為拱形和長條形兩種，如配用鋼筋，必須安放在非工作層內(nèi)。

　2.2.3 耐火纖維可塑料搗制爐體用耐火可塑料搗打制成的安有錨固件的爐襯工作層。在錨固磚或吊掛磚的間隙部位需填充耐火可塑料料坯，并用風錘或搗固機搗打密實。包括爐底在內(nèi)的耐火可塑料一般帶分層、分段連續(xù)施工，并將表面刮毛、扎排氣孔和切出膨脹縫。耐火可塑料爐襯的優(yōu)點是整體性強、燒結性好和高溫強度高。因此，爐襯一般不剝落，使用壽命約13年。

　2.2.4 襯火澆注料澆灌爐體用耐火澆注料現(xiàn)場澆灌的爐襯工作層。爐墻和爐頂部位的構造和耐火可塑料爐體的相同。錨固件或吊掛磚安裝就位后，從一側開始布耐火澆注料拌和料，然后用振動器（棒）振動密實，應連續(xù)施工、及時養(yǎng)護。1980年之前，一般用高鋁水泥或磷酸鹽耐火澆注料澆灌爐襯工作層，但高溫區(qū)域的爐襯工作層易產(chǎn)生結構剝落，影響使用。壽命一般為2~4年。1980年以后，爐體普遍用各種粘土結合或低水泥系列耐火澆注料澆灌爐襯工作層，高溫區(qū)爐底有事用抗渣蝕的剛玉質(zhì)、莫來石質(zhì)或鎂鉻質(zhì)耐火澆注料，均熱床則用耐磨的耐熱鋼纖維耐火澆注料進行澆灌。烘爐時間約需8天。在正常操作的情況下，軋鋼加熱爐的使用壽命可達4~10年，鍛鋼加熱爐的使用壽命為2~4年。

　燒嘴磚是用于各種燒嘴部位的耐火制品，主要起組織火焰的作用。平焰燒嘴安裝在爐頂上，其他燒嘴均安裝在爐墻上。燒嘴磚呈喇叭口形狀，由一塊或若干塊組成，并鑲砌在爐襯內(nèi)，其中心須與燒嘴中心對準，已辦證燃料與空氣的有效混合和預熱，組織好火焰形狀并穩(wěn)定燃燒過程。該磚及其周圍的襯體經(jīng)常遭受高溫、溫度驟變和氣流沖刷等作用。損毀較快。燒煤氣用的粘土質(zhì)燒嘴磚使用壽命1年左右，以重油為燃料時，其壽命僅為3~6個月。改用高鋁質(zhì)或硅線石質(zhì)燒嘴磚時，壽命為1~2年。用剛玉質(zhì)或莫來石質(zhì)低水泥系列耐火澆注料制作的燒嘴磚，在燃油加熱爐上使用，壽命為6個月至3年。

2.2.5 燃燒室用耐火材料用于燒煤的加熱爐，分為往復爐排式和旋風燃燒式等多種類型，一般由底、墻和頂?shù)炔糠纸M成。普通燃燒室的襯體通常用粘土磚或高鋁磚砌筑，因受使用溫度高且溫度波動大、熔渣侵蝕和清渣時的接卸損傷等影響，其壽命為1年左右。當采用特等高鋁熟料、剛玉、莫來石或鎂鋁尖晶石等耐火澆注料澆灌襯體時，整體性好、不粘渣，使用壽命可延長至1~2年。腰爐是燃燒室和加熱爐爐膛之間的通道，使用溫度1600℃左右，用硅線石磚或剛玉磚砌筑時，其壽命僅為0.5年左右。

　2.2.6 爐門和出鋼槽用耐火材料用于封閉爐墻上的孔洞，分為側開式和升降式兩種。爐門一般用粘土磚、耐火澆注料或耐火可塑料、高鋁質(zhì)隔熱磚或耐火纖維氈等材料做內(nèi)襯；側開式爐門可使用一個爐役，升降式爐門因受溫度波動和機械碰撞等因素的影響，使用壽命達2年以上。

　2.2.7 陶瓷滑道用耐火材料小型推鋼式加熱爐，由棕剛玉-碳化硅質(zhì)滑軌磚組成陶瓷滑道，在爐子長度方向上用耐火磚砌筑2行或4行基墻。在基墻上砌筑高鋁碳化硅座磚，然后安裝滑軌磚并組成陶瓷滑道。鋼坯在滑道上移動，實現(xiàn)上、下兩面加熱，具有能耗少、鋼坯上無黑印等優(yōu)點。陶瓷滑道承受高溫、鋼坯荷重、高溫磨損和氧化鐵皮渣侵蝕等作用，使用條件較苛刻，其壽命1年左右。

　2.2.8 爐底水冷管絕熱用耐火材料大、中型推鋼式或步進梁式加熱爐，爐底水冷管由縱向、橫向分布的和起支撐作用的厚壁水冷管組成。絕熱的目的是降低冷卻介質(zhì)帶走的熱量、減少鋼坯嘿印和提高加熱質(zhì)量。其絕熱方式分為異型粘土磚鑲嵌或馬蹄形磚吊掛、耐火可塑料或耐火澆注料制成的焊瓦式預制塊焊接及用該料與耐火纖維氈現(xiàn)場包扎等。使用壽命一般為3~12個月。采用優(yōu)質(zhì)耐火可塑料、超低水泥或無水泥等耐火澆注料進行現(xiàn)場包扎，其使用壽命在1年以上。

　2.2.9 煙道與煙囪用耐火材料耐火材料在蓄熱式加熱爐上的應用，90年代后期以來，加熱爐用快干澆注料、快干自流澆注料和快干抗渣澆注料。這類材料既保證了低水泥、超低水泥和無水泥澆注料的優(yōu)良使用性能，還可以快速施工，特別是可以快速烘烤，使整體澆注料的爐體在3～5天以內(nèi)完成烘烤，而快干抗渣澆注料除了上述特點外，還具有優(yōu)良的抗氧化鐵皮侵蝕特性。

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