熱風爐用耐火材料與使用特性
作者：admin 發布時間：2019-08-20 08:43:40 點擊率：674
熱風爐用耐火材料的選擇主要是由熱風溫度決定的，當熱風溫度低于900℃，一般選用粘土磚砌筑，有的使用壽命可達20年左右；當風溫高于900℃時，高溫部位的爐襯和格子磚則采用高鋁磚、莫來石磚、硅線石磚和硅磚等。但各國在選擇耐火材料時也不盡相同。
日本大型高爐熱風爐主要采用考伯斯式，最近新日鐵式熱風爐建造較多；德國則用考伯斯式或馬琴式熱風爐；西歐其他國家多采用地得式熱風爐；美國除建造一些外燃式熱風爐外，十分重視對內燃式熱風爐的改造，即可獲得較高的風溫，又能延長使用壽命。
近些年來，各國新建或改建的高爐熱風爐主要是采用外燃式的，送風溫度為1200~1350℃，拱頂溫度一般為1500~1550℃，甚至接近1600℃。因此，爐襯高溫部位和格子磚上層，普遍采用硅磚砌筑，使用效果較好。
俄羅斯高爐熱風爐的傳統材質為：球頂和上部砌體采用Al2O3含量為62%~72%的高鋁磚砌筑，中下部砌體則用Al2O3含量為38%的粘土磚；最近，熱風爐的風溫顯著提高，因此球頂和上部6~7m高的部位一般采用地膨脹性硅磚砌筑，其余部位根據溫度的不同，分別采用莫來石磚、剛玉磚、高嶺土磚和粘土磚。
西歐熱風爐球頂、爐墻和格子磚上部，普遍采用給硅磚砌筑。黑鬼轉中，氧化鐵和氧化鈦的含量較高，真密度大，導熱性能好，蓄熱能力強，因此熱效率高；熱風爐的中、下部爐墻和格子磚，則分別采用高鋁磚和粘土磚。熱風爐用耐火材料實例，熱風爐高溫部位全部采用硅磚砌筑，中溫部位的襯體和格子磚則用高鋁磚砌筑，熱風出口附近襯體采用莫來石磚，其余部位普遍采用粘土磚砌筑。
德國高爐熱風爐耐火材料，從高溫區到低溫區依次分別采用硅磚、硅線石磚、莫來石磚、高鋁磚和粘土磚。
日本高爐熱風爐用耐火磚的性能和使用部位，不同的部位，選用了不同品種和牌號的耐火磚，做到物盡其用；同時，要充分考慮耐火磚的高溫蠕變性能，以便在長期工作中，確保生產的安全。另外，日本熱風爐的壽命一般可供高爐兩個爐役使用，即為15~20年。
我國熱風爐一般為內燃式的，其襯體和格子磚普遍采用高鋁磚和粘土磚砌筑；外燃式熱風爐的高溫部位一般用硅磚砌筑，中、低溫部位則依次用高鋁磚和粘土磚。
綜上所述，高爐熱風爐采用的耐火材料，各國大同小異。但有一個共同特點，即在選擇高爐熱風爐用耐火材料時，必須注意：（1）耐火材料的體積穩定性；（2）耐火材料的抗高溫荷重蠕變性能；（3）耐火材料的熱膨脹性能；（4）熱風爐的換熱效率。
1、耐火材料的體積穩定性。由于熱風爐的溫度發生周期性的頻繁變化，因而耐火材料應具有良好的體積穩定性和均勻的熱膨脹，以保證大型耐火磚砌體結構的整體穩定性。耐火磚的體積穩定性是影響耐火材料砌筑體的穩定可靠性的重要性能，硅磚和紅柱石磚顯示出良好的體積穩定性。
耐火材料的熱膨脹性能比較，在溫度較低時，即在600℃以下，硅磚的熱膨脹隨溫度的變化很大，致使硅磚在溫度較低時的耐熱崩裂性能很差。但在600℃以上，硅磚的熱膨脹率幾乎與溫度的變化無關。這意味著在600℃以上，硅磚的體積不隨溫度而變化，因為表現出非常好的體積穩定性和卓越的耐熱崩裂性能。因此，硅磚的使用溫度范圍不宜低于600℃。高鋁磚和紅柱石磚或硅線石磚的線膨脹系數較小，且隨溫度的變化比較平穩，在整個溫度范圍內的抗熱震性比較好。因此它們的使用范圍不致受到此種因素的影響，這對熱風爐的操作和耐火材料的使用壽命有利。
2、耐火材料的抗高溫荷重蠕變性能。熱風爐的使用期限很長，一般要求達到10~20年之久，耐火材料承受自重產生的荷重很大，因而要求使用高溫荷重下抗蠕變性能優良的耐火材料。
硅磚系在0.1Mpa荷重和加熱1550℃的條件下測定的；硅酸鋁質磚施加的荷重為0.2Mpa，加熱溫度分別為1350℃和1300℃。從圖中可以看出，硅磚具有最優越的抗高溫入編性能，高溫蠕變率極小；其次是高鋁磚，包括用高鋁礬土熟料和硅線石類礦物為原料制造的高鋁磚，它們的抗高溫蠕變性能也很好，且其組成愈接近莫來石的組成，耐火磚的抗蠕變性能越好。
但是，硅磚體積密度較小，蓄熱能力較差，在600℃以下時，易發生晶型轉化，破壞整體性。因此，各國均規定了硅磚的最低使用溫度，一般應大于600℃，日本則規定要大于800℃。另外，在低溫階段烘爐時要慎重進行，以保證晶型的緩慢轉化而不損傷砌體。
應當指出，西歐同美國一樣，在熱風爐蓄熱室上部試用了MgO含量為95%~96%的高熱容量的方鎂石磚，在中、下部則一般用廉價的半硅磚。半硅磚的高溫蠕變性和體積穩定性均比粘土磚好，而抗熱震性又比硅磚好。另外，蓄熱室上部和溫度變化較大的部位，也有采用莫來石磚砌筑的。莫來石磚的荷重軟化溫度和高溫蠕變性能與硅磚相似，而且低溫時體積穩定性好，開爐時比較方便；單位體積內蓄熱能力大。如設粘土磚的蓄熱能力為1,14，硅磚僅為0.85，而莫來石磚則為1.2，但是，制造莫來石磚消耗能源較大，成本比硅磚高得多。
3、熱風爐的換熱效率。在操作條件相同的情況下，熱風爐的換熱效率主要取決于耐火材料的蓄熱能力，熱導率和耐火磚的形狀。
在SiO2-Al2O3系耐火材料中，耐火材料的蓄熱能力隨著Al2O3含量的增加而提高，高鋁類耐火材料的蓄熱能力要比粘土磚和硅磚的蓄熱能力高，因此，格子磚采用高蓄熱能力的高鋁耐火材料時，熱風爐可變得比較緊湊，減少占地面積。這對改造現有的熱風爐特別有利，因為它可避免為提高熱風爐的蓄熱能力而使熱風爐的結構作大的變動，同時還可以避免受現有場地的限制。
耐火材料的導熱性能影響格子磚在加熱和放熱過程中的熱量儲存和釋放的速度。格子磚為高導材質時，加熱時熱量可迅速傳入耐火磚的內部儲存起來，冷卻時則可迅速向外釋放內部儲存的熱量。
因此，采用高導熱耐火材料有利于提高熱風爐的熱效率。在SiO2-Al2O3系耐火材料中，耐火材料的熱導率隨著Al2O3含量的增加而提高。影響耐火材料的熱導率的主要因素還有體積密度和氣孔率，耐火材料的體積密度越高，氣孔率越低，耐火材料的熱導率也就越大。因此，熱風爐格子磚應為高密度低氣孔的材質。
熱風爐的熱效率還與格子磚的設計有密切的關系，單位容積內的格子磚總表面積越大，熱交換率也就越高。傳統上，熱風爐格子磚用長方形耐火磚碼砌，但由于熱效率低，已被其他效率高的耐火磚取代。高效格子磚具有較大的加熱面積，所以熱效率高。但由于它們的磚壁較薄，可能發生變形，同時由于煙道較小，壓力損失大，容易造成堵塞。因此，高效型格子磚應采用優質耐火材料制造，同時對高爐煤氣應采取相應凈化措施。
日本大型高爐熱風爐主要采用考伯斯式，最近新日鐵式熱風爐建造較多；德國則用考伯斯式或馬琴式熱風爐；西歐其他國家多采用地得式熱風爐；美國除建造一些外燃式熱風爐外，十分重視對內燃式熱風爐的改造，即可獲得較高的風溫，又能延長使用壽命。
近些年來，各國新建或改建的高爐熱風爐主要是采用外燃式的，送風溫度為1200~1350℃，拱頂溫度一般為1500~1550℃，甚至接近1600℃。因此，爐襯高溫部位和格子磚上層，普遍采用硅磚砌筑，使用效果較好。
俄羅斯高爐熱風爐的傳統材質為：球頂和上部砌體采用Al2O3含量為62%~72%的高鋁磚砌筑，中下部砌體則用Al2O3含量為38%的粘土磚；最近，熱風爐的風溫顯著提高，因此球頂和上部6~7m高的部位一般采用地膨脹性硅磚砌筑，其余部位根據溫度的不同，分別采用莫來石磚、剛玉磚、高嶺土磚和粘土磚。
西歐熱風爐球頂、爐墻和格子磚上部，普遍采用給硅磚砌筑。黑鬼轉中，氧化鐵和氧化鈦的含量較高，真密度大，導熱性能好，蓄熱能力強，因此熱效率高；熱風爐的中、下部爐墻和格子磚，則分別采用高鋁磚和粘土磚。熱風爐用耐火材料實例，熱風爐高溫部位全部采用硅磚砌筑，中溫部位的襯體和格子磚則用高鋁磚砌筑，熱風出口附近襯體采用莫來石磚，其余部位普遍采用粘土磚砌筑。
德國高爐熱風爐耐火材料，從高溫區到低溫區依次分別采用硅磚、硅線石磚、莫來石磚、高鋁磚和粘土磚。
日本高爐熱風爐用耐火磚的性能和使用部位，不同的部位，選用了不同品種和牌號的耐火磚，做到物盡其用；同時，要充分考慮耐火磚的高溫蠕變性能，以便在長期工作中，確保生產的安全。另外，日本熱風爐的壽命一般可供高爐兩個爐役使用，即為15~20年。
我國熱風爐一般為內燃式的，其襯體和格子磚普遍采用高鋁磚和粘土磚砌筑；外燃式熱風爐的高溫部位一般用硅磚砌筑，中、低溫部位則依次用高鋁磚和粘土磚。
綜上所述，高爐熱風爐采用的耐火材料，各國大同小異。但有一個共同特點，即在選擇高爐熱風爐用耐火材料時，必須注意：（1）耐火材料的體積穩定性；（2）耐火材料的抗高溫荷重蠕變性能；（3）耐火材料的熱膨脹性能；（4）熱風爐的換熱效率。
1、耐火材料的體積穩定性。由于熱風爐的溫度發生周期性的頻繁變化，因而耐火材料應具有良好的體積穩定性和均勻的熱膨脹，以保證大型耐火磚砌體結構的整體穩定性。耐火磚的體積穩定性是影響耐火材料砌筑體的穩定可靠性的重要性能，硅磚和紅柱石磚顯示出良好的體積穩定性。
耐火材料的熱膨脹性能比較，在溫度較低時，即在600℃以下，硅磚的熱膨脹隨溫度的變化很大，致使硅磚在溫度較低時的耐熱崩裂性能很差。但在600℃以上，硅磚的熱膨脹率幾乎與溫度的變化無關。這意味著在600℃以上，硅磚的體積不隨溫度而變化，因為表現出非常好的體積穩定性和卓越的耐熱崩裂性能。因此，硅磚的使用溫度范圍不宜低于600℃。高鋁磚和紅柱石磚或硅線石磚的線膨脹系數較小，且隨溫度的變化比較平穩，在整個溫度范圍內的抗熱震性比較好。因此它們的使用范圍不致受到此種因素的影響，這對熱風爐的操作和耐火材料的使用壽命有利。
2、耐火材料的抗高溫荷重蠕變性能。熱風爐的使用期限很長，一般要求達到10~20年之久，耐火材料承受自重產生的荷重很大，因而要求使用高溫荷重下抗蠕變性能優良的耐火材料。
硅磚系在0.1Mpa荷重和加熱1550℃的條件下測定的；硅酸鋁質磚施加的荷重為0.2Mpa，加熱溫度分別為1350℃和1300℃。從圖中可以看出，硅磚具有最優越的抗高溫入編性能，高溫蠕變率極小；其次是高鋁磚，包括用高鋁礬土熟料和硅線石類礦物為原料制造的高鋁磚，它們的抗高溫蠕變性能也很好，且其組成愈接近莫來石的組成，耐火磚的抗蠕變性能越好。
但是，硅磚體積密度較小，蓄熱能力較差，在600℃以下時，易發生晶型轉化，破壞整體性。因此，各國均規定了硅磚的最低使用溫度，一般應大于600℃，日本則規定要大于800℃。另外，在低溫階段烘爐時要慎重進行，以保證晶型的緩慢轉化而不損傷砌體。
應當指出，西歐同美國一樣，在熱風爐蓄熱室上部試用了MgO含量為95%~96%的高熱容量的方鎂石磚，在中、下部則一般用廉價的半硅磚。半硅磚的高溫蠕變性和體積穩定性均比粘土磚好，而抗熱震性又比硅磚好。另外，蓄熱室上部和溫度變化較大的部位，也有采用莫來石磚砌筑的。莫來石磚的荷重軟化溫度和高溫蠕變性能與硅磚相似，而且低溫時體積穩定性好，開爐時比較方便；單位體積內蓄熱能力大。如設粘土磚的蓄熱能力為1,14，硅磚僅為0.85，而莫來石磚則為1.2，但是，制造莫來石磚消耗能源較大，成本比硅磚高得多。
3、熱風爐的換熱效率。在操作條件相同的情況下，熱風爐的換熱效率主要取決于耐火材料的蓄熱能力，熱導率和耐火磚的形狀。
在SiO2-Al2O3系耐火材料中，耐火材料的蓄熱能力隨著Al2O3含量的增加而提高，高鋁類耐火材料的蓄熱能力要比粘土磚和硅磚的蓄熱能力高，因此，格子磚采用高蓄熱能力的高鋁耐火材料時，熱風爐可變得比較緊湊，減少占地面積。這對改造現有的熱風爐特別有利，因為它可避免為提高熱風爐的蓄熱能力而使熱風爐的結構作大的變動，同時還可以避免受現有場地的限制。
耐火材料的導熱性能影響格子磚在加熱和放熱過程中的熱量儲存和釋放的速度。格子磚為高導材質時，加熱時熱量可迅速傳入耐火磚的內部儲存起來，冷卻時則可迅速向外釋放內部儲存的熱量。
因此，采用高導熱耐火材料有利于提高熱風爐的熱效率。在SiO2-Al2O3系耐火材料中，耐火材料的熱導率隨著Al2O3含量的增加而提高。影響耐火材料的熱導率的主要因素還有體積密度和氣孔率，耐火材料的體積密度越高，氣孔率越低，耐火材料的熱導率也就越大。因此，熱風爐格子磚應為高密度低氣孔的材質。
熱風爐的熱效率還與格子磚的設計有密切的關系，單位容積內的格子磚總表面積越大，熱交換率也就越高。傳統上，熱風爐格子磚用長方形耐火磚碼砌，但由于熱效率低，已被其他效率高的耐火磚取代。高效格子磚具有較大的加熱面積，所以熱效率高。但由于它們的磚壁較薄，可能發生變形，同時由于煙道較小，壓力損失大，容易造成堵塞。因此，高效型格子磚應采用優質耐火材料制造，同時對高爐煤氣應采取相應凈化措施。
