高温耐火材料相关知识

1、 . . 7/7高温耐火材料相关知识 日期：超轻质高温耐火材料的主导产品系多晶莫来石纤维,是一种热容小、容重小、热导率低、热敏性好的保温绝热材料。从广义上讲,属于不定型耐火隔热材料,它包括高温耐火纤维与其复合制品两类。属“九五”期间国家重点推广的新型环保节能材料。1 超轻质高温耐火材料的应用围超轻质高温耐火材料具有良好的耐急冷急热性能,低的比热和低的线膨胀性能,容重在100600kg/m3 (纤维可达到80kg/ m3 ) ,具有一定的抗震性能,产品耐冲刷、易加工,具有施工灵活、工期短的特点,可根据不同行业的需要加工成各种不定型的棉、砖、板、毡、毯、标异制品,产品适用于1600 以下的冶金、化

2、工、机械、电子、玻璃建材、军工、科研与航天航空等领域的窑炉衬绝热与密封,并可替代国外高档进口耐火材料和构筑全纤维窑炉,应用围十分广阔,具有较好的市场发展前景。2 超轻质高温耐火材料在窑炉衬上的应用根据窑炉温度高低和工作环境的不同要求,选择不同种类和厚度的超轻质高温耐火材料作为衬, 不仅可以大大减少窑炉炉壁的厚度,而且还可大大减轻窑炉的重量,加快窑炉升温速度。如欧诗漫集团德清晶体纤维厂采用超轻质高温耐火材料,匹配先进的控制仪器,研制成使用温度在130021500 的新型SX 系列电阻炉,经省能源利用监测中心监测,属间歇式电阻炉最高级别C 级炉,空炉升温至1500 ,升温时间20min ,比传统的

3、电炉升温时间快了18 倍之多。因此,超轻质高温耐火材料现已广泛应用于瓷行业的梭式窑、隧道窑、辊道窑、机械行业的钟罩窑,以与其它热工设备上作窑炉衬。像钢材品种规格频繁变化的轧钢厂连续式加热炉上应用超轻质高温耐火材料作衬,其综合节能可达56 %;用于间歇式电加热炉上作衬,其能更为显著,节能率可高达30 %左右,已经冶金部科学技术成果鉴定 编号( 90) 冶科成鉴字417号 。华莹电子1999 年3 月将8 台原采用刚玉与泡沫砖结构的箱式电阻炉,改造成采用超轻质高温耐火材料结构, 每月单台耗电从1000kWh 左右下降至600kWh , 节约用电约为40 %;炉体顶端表面温度从80 以上降低至56

4、以下。又如鞍钢有一台82m2 台车式热处理炉是一座比较特殊的热处理炉,在1987 年大修时就进行了高层次的技术改造,整个炉顶全部采用了超轻质高温耐火材料,从而使炉体结构轻型化;炉顶重量12t ,跟原炉顶(磷酸盐耐热混凝土预制块) 112t 相比重量减少了十分之九,结构简单,绝热效果非常好。该炉仅用钢材20t ,跟原炉钢材用量37t 相比减少了45 % ,处理同样的工件,新旧炉燃耗相比节能38 %。无缝钢管XX公司也通过应用实践,验证了采用超轻质高温耐火材料做窑炉衬,不仅可节约天然气带来异常显著的节能效果,而且还可延长炉衬寿命,减少维修周期,降低维护费用,因此积极将欧诗漫超轻质高温耐火材料粘贴在

5、加热炉膛的项目申报节能环保重点示项目。3 超轻质高温耐火材料作窑炉填充密封超轻质高温耐火材料不仅可以作为窑炉衬(或整体炉胆) 应用于工业窑炉,而且还可作为高温窑炉的填充密封与隔热材料,广泛应用于窑炉加热元件的炉壁间隙与金属部件的间隙处,辊道窑两端头转动部分的孔洞处,吊顶式窑炉的接缝处,窑车与接头处以与窑炉炉门、炉盖的填充或密封特别是超轻质高温耐火材料本身所具有的弹性和填充性,在1600 以下的高温窑炉上作膨胀缝可缓解砖壁膨胀热应力,减少散热损失。像振华玻璃厂浮法玻璃生产线以与江门益胜浮法玻璃厂熔窑应用超轻质高温耐火材料作保温绝热贴面和窑炉膨胀缝填充,在1500 以上的情况下使用良好,有效地解决

6、了高温状态下的高温窑炉膨胀缝填充难题,填补了国13001600 高温窑炉膨胀收缩填充材料的空白。武钢公司下属炼钢厂的连铸钢包旋转塔原设计的保温盖是采用浇注料,由于浇注料容重大,在使用中易发生脱落危与安全。鉴于此,在1996 年底采用欧诗漫超轻质高温耐火材料做保温盖,经过3a 多来的实际使用,效果良好,能有效降低钢水热损失,提高保温盖使用寿命和安全性。欧诗漫轻质耐材在今年4月又被推荐为2000 年节能环保产品。4 超轻质高温耐火材料替代国外高档进口耐火材料超轻质高温耐火材料是一种新型的环保节能型材料,其研制与应用是国家计委、冶金部“六五”、“七五”期间的国家重点科研攻关项目,并已列入“九五”期间

7、的国家级重点科技成果推广项目。80年代,国际上仅有英国、日本等几个少数发达国家在部分轧钢加热炉上应用高温纤维衬取得成功,东欧各国地处在产品研制和锻造炉上应用技术攻关阶段。与此同时欧诗漫集团德清晶体纤维厂于983 年率先在国进行了超轻质高温耐火材料的研制,1986 年9月通过了中试生产技术鉴定,1987年被国家经1中标,1989 年产品被确认为国家级新产品,1990 年产品应用技术通过了冶金工业部组织的技术鉴定,开创了我国超轻质高温耐火纤维在大型工业炉窑上应用成功的先例,填补了国空白。1991 年应用技术研究又获冶金部科技进步二等奖,产品曾多次被国家有关部门列入节能产品重点推广项目和“全国优秀节

8、能产品”,企业被国家科委确认为国家级科技成果重点推广计划项目的技术依托单位。我国的超轻质高温耐火材料技术的开发与应用得到了原国家经委科技局、能源局、国家计委资源节约司、国务院经贸办节能司、原冶金部军工办、科技司等大力支持,正是这种支持,才使超轻质高温耐火材料的开发与应用技术得到了迅速发展,推动了国工业窑炉炉体耐火材料的发展,使窑炉结构向轻质结构发展前进了一大步,同时,可以不必进口国外同类产品,为国家节约大量外汇。如澳联玻璃(原申兴玻璃厂) 1994 年从美国Thermal ceramics 公司引进同类产品用于玻璃熔窑外墙保温,花费了9. 53 万美元(折合人民币81. 29万元) 。1996

9、 年12 月欧诗漫超轻质高温耐火材料替代国外进口耐火材料应用项目通过了冶金工业部组织的应用技术鉴定(冶科成鉴字 1996 第136号) ,鉴定意见认为:该产品蓄热量低、抗震性好、重量轻、冲刷、消音隔热效果好,各项指标达到LOI公司引进产品的设计要求,为我国增添了耐火纤维复合制品新产品,填补了国空白,已成功取代进口产品,并取得了明显的经济效益和节能效果,建议加快在全国的推广应用。为此,本钢、武钢等企业也相继进行了全氢罩式炉的改造,采用欧诗漫超轻质高温耐火材料替代国外进口耐火材料作炉衬,取得了较好的使用效果。目前,我国一大批80 年代引进的真空热处理设备、热处理生产线、多用炉与其生产线、感应加热与

10、淬火装置等都已到了设备改造与材料替换更新期,国产欧诗漫超轻质高温耐火材料由于性能稳定,价格远远低于国外同类产品,已完全可以成功替代进口,并实现了高档耐火材料的国产化。像电子部四十三所、九所等已相继采用欧诗漫超轻质高温耐火材料,替代国外进口耐火材料,取得了较好的使用效果。5 超轻质高温耐火材料构筑全纤维窑炉超轻质高温耐火材料的导热率很小,纤维制品只有传统耐火砖的1/ 6 ;容重仅为1/ 25 ;蓄热量仅为砖砌炉衬蓄热量的1/ 101/ 30 。因此,整窑的窑壁和衬均采用超轻质高温耐火材料,可加快烧成速度,提高产品产量和质量。像威海市瓷厂是一家以生产高档宾馆配套用瓷为主导产品的国有中型企业,为扩大

11、生产规模,于1999 年2 月份又新建了一座5m3 全纤维梭式窑。该窑炉体全部采用欧诗漫超轻质高温耐火材料以与配套的高档粘结剂,通过镶贴法安装而成,方法简便可靠,纤维粘贴牢固,安装后表面平整美观,全纤维炉体材料的耐温性能,低导热性能,低蓄热性能与使用寿命均比原用材料优越,其原因不仅是减少了散热损失,更主要的是由于强化了炉气对炉壁的对流传热,使炉壁能得到更多的热量,并通过黑度系数高的特性辐射传给物料,从而提高了物料的加热速度和生产能力,改善了工作环境。该窑炉采用石油液化气为燃料,每窑次的耗气量为170kg 左右,比原砖混结构的窑炉每窑次可节气60kg 左右,体现出了明显的节能优势,还提高了烧成产

12、品的质量。因此,对高温窑炉而言,超轻质高温耐火材料不仅是目前国理想的环保节能产品,而且也符合国家窑炉全纤维轻质化的环保节能近二十年来，世界上钢铁工业发达国家迅速实现了高炉的大型化、高效化和自动化，目前，4000m 以上的高炉已达30多座，我国除宝钢相继建成并投产了l、2 3号4000m级大型高炉外，还陆续新建和改建了2500m3和3200m 大型高炉，由于在高炉生产上采取了精料与喷吹煤粉等措施，加上操作水平的提高，保证了，炉子的稳定顺行，从而为高炉接受高风温奠定了基础，回收热风炉烟气余热来预热热风炉助燃空气和煤气以与目前正逐步推广的我国独创的热风炉自身预热法，解决了热风炉高温热源不足的矛盾，为

13、4 宝钢炼铁厂对改进喷煤装置的设想宝钢2号高炉喷吹煤粉装置投产以后，炼铁厂除对该系统的操作管理制度逐步完善外，对系统暴露出来的设备问题也进行了探讨。围绕使喷煤量达到最大设计值120kgt铁乃至提高到200250kgt铁这一宗旨，炼铁厂成立了由宝钢、宝钢钢研究所、宝钢炼铁厂技术组三方面组成的喷煤攻关小组，作了大量工作并立出如下几个方面的科研项目：(1)试验最佳喷吹用煤。(2)制定出严格的管理制度，完善标准化作业。(3)进一步改造喷枪，同时使喷抢的插入部位合理化并减少振动。(4)改进扁布袋和环隙脉冲布袋。热风炉达到高风温创造了条件，在此前提下，高温(12OOC)与长寿就成为我们新设计热风炉最主要的

14、目标，要保证热风炉具备较高的加热能力(是指一代炉寿所能达到的平均风温水平，而不是某一阶段所能达到的最高风温水平)，最主要的影响因素是合理的衬砌体结构以与与之相适应的耐火材料。1 国热风炉用耐火材料的现状近年来，在全国新建和改建的高炉上对高温热风炉的设计作了很多的改进，其结构型式除采用传统燃式外，还采用过新日铁(5)找出测试制粉与喷吹系统主要参数的方法如制粉风量、旋风分离器能力以与分离效果，重新标定K1、K2系数。(6)探求大喷煤量时该系统的限制环节，并制定出与之相适应的高炉操作条件。5 结束语随着高炉炼铁的发展，喷吹煤粉越来越受到重视，已成为高炉操作者调剂炉况的主要手段之一。宝钢2号高炉喷煤系

15、统在运行中虽然也出现了一些问题，但在各方面的共同努力下已得到解决。可望在不久以后，其喷煤量达到100kgt铁以上我们相信，这套新型喷煤装置在科研、设计、生产单位的共同努力下，定会日臻完善，为今后我国高炉喷煤的设计与操作提供宝贵的经验。维普资讯.cqvip 外燃式、顶燃式以与应用最多的改造燃式热风炉，选用的耐火材料也从一般的高铝砖和牯土砖，到采用高温特性较好的优质高铝砖和硅砖，特别是在热风炉高温区必须采用低蠕变耐火材料这一观点已为广大设计与生产厂人员所接受。随着宝钢1号高炉耐火材料的全套引进以与2、3号高炉热风炉耐材的国产化，使我国冶金耐火材料的质量上了一个大的台阶。由于各种原固，目前我国高炉热

16、风炉高温区用砖大多采用高铝质耐火材料，同硅砖相比，高铝耐材具有容量大、价格低，对耐火材料生产厂而言其经济效益显著，所以，低蠕变高铝质砖成为全国各个耐火材料厂竟相研制开发的目标，各种名称的低蠕变砖相继问世，从“低蠕变砖”到高抗蠕变砖”等，对其性能，质量各家均称万无一失，但据耐火材料专家评价，目前我国生产的低蠕变制品主要是加入膨胀剂，通过其奠来石化所产生的膨胀来抵抗蠕变压缩，即所谓“以胀抵缩”，从理论上讲，通过调整膨胀剂的配比、粒度等，可以生产任何蠕变要求的耐火制品(部分生产厂测定的蠕变指标甚至为正值)，然而当制品生成莫来石的反应结束时，其抵缩作用将失效，抗蠕变能力将大大降低，特别是对矾土加三石体

17、系的耐火砖，由于其物相结构的缺陷以与奠来石化反应为晶体结构转化反应，持续的时间较短，国近年来新建(改建)以与正在建设的高炉热风炉用高铝质耐火材料，大多数是采用该方法生产的，因此其能否满足热风炉一代炉龄(无检修砌体寿命)i020年的要求，还有待时间的检验。2 新型燃式热风炉衬结构与对耐火材料的要求由于传统燃式热风炉在高风温(ii001200C)时暴露出许多问题，导致其寿命很短，长的45年、的23年即需停炉检修，为此，近几年来各冶金设计单位对此进行了许多的改进工作，典型的作法是将拱顶改为所谓大帽子，燃烧室下部隔墙增加一层隔热砖，但整个衬结构并未有根本性的改变，与冷态的土建结构几乎没有多大差别，因而

18、无法适应高温条件下耐火材料砌体固温差产生的热应力和膨胀产生的膨胀应力，从而难以延长热风炉的使用寿命，针对这种情况，结合国某大型高炉燃式热风炉的设计，我们对其衬砌体结构作了重大的改进，主要的特点如下：a热风炉拱项采用悬链线薄壳结构。这里包含两层含义：一是曲线形状，二是砌体砌筑方式，即拱顶各层砌体均应为独立的悬链线薄壁结构，而不是在层拱顶砖外侧接铺设二层或数层砖这一传统的砌筑方式。b独特的燃烧室结构以与与之配套的自立组合式隔墙，使得燃烧室成为一个独立的结构，通过合理的膨胀缝与精动结构的设计，消除了砌体热应力以与各层砌体问不均匀膨胀对砌体的破坏作用，从而极延长了砌体的寿命。要实现这些新的设计构思的前

19、提条件，就必须准确计算热风炉各部位(包括各层砌体间的)温度分布、热应力强度、热膨胀量的大小等，我院在这方面作了大量的工作，开发编制完成了全套热风炉热工参数计算程序，为从根本上改变热风炉传统的设计计算方法奠定了坚实的基础，并为设计人员针对不同部位的温度条件、砌体受力状况与化学侵蚀等各种因素，合理选择相应的耐火材料创造了条件，以保证对使用部位来说具有优越的质量而又使“低等级”的耐火材料得以利用，从而降低热风炉系统投资。反之，准确的耐火材料特性值又是保证诸如耐材的热膨胀系数、导热率、热态耐压强度、热态抗折强度维普资讯.cqvip 等指标，在目前的国标中根本就没有列入，国各耐火材料厂也没有测定过这些参

20、数，为此笔者建议国各耐火材料研究单位与生产厂在这些方面作进一步的工作，以满足新型热风炉设计的需要，对设计单位而言，今后热风炉的衬砌体设计，必须准确地考虑到不同耐材厂产品的特性，这样，在耐材炉衬设计者与耐火材料生产厂之间从最初的方案直到确定所需耐材的供应者之时，双方的密切联系是必不可步的，也就是说，在进行热风炉的砌体设计之前，设计单位须配合用户选定主的耐火材料供应厂家，以取得确定的耐材特性参数，而不能象以前所作的那样，由设计单位作完设计，再由箍或生产厂全国各地去找耐材供应厂家。3 热风炉各部位用耐火材料31 蓄热室格子砖蓄热室高温区域格子砖最主要的要具有较好的高温体积稳定性、耐侵蚀性以与抗蠕变性

21、能，硅砖正好具备这些方面的特性且价格便宜，因此在国外高风温热风炉上得到广泛的应用，而我国的应用并不普遍，其主要原因一是我国高炉设备整体水平不高，平均风温水平低且风温的波动大，而硅砖在中温区(300800C)的耐急冷急热性差二是至今我国尚无热风炉用硅砖的技术标准，因而影响了硅砖在热风炉上的使用。根据国的具体情况，笔者认为，当热风炉拱顶设计温度1400在高炉原燃料条件好、操作l水平高的前提下，热风炉高温区首选的耐火材料应是硅砖，并在此推荐热风炉用硅砖理化性能指标，见表1所示，同时对硅砖的残余石英必须控制在2 。采用硅砖的热风炉需要注意的是必须仔细确定其硅砖使用的下限，并在此设置可靠的温度检测装置，

22、保证在生产操作(包括休风停炉)过程中硅砖的最低使用温度800。当热风炉拱顶设计温度1400C时，采用低蠕变、高容重的高铝质耐火材料更符合我国的实际，并可充分利用我国丰富的铝钒土资源，目前，国外高铝质耐火材料的蠕变HD 砖在1350，0196MPa50h条件下，其蠕变率4o2 f El本品川的Ac一8M 砖指标1 3 00，01 9 6MPa50h蠕变率402 ，目前我国高铝质耐火材料的蠕变率指标在相应条件下均为1 ，同世界先进水平相比还有较大的差距，同时鉴于我国生产低蠕变高铝砖的现状在严格考核砖的蠕变指标的同时还必须控制制品所含杂质，特别是碱金属与碱土金属的含量，具体的指表要求见表1 由于高铝

23、质耐火材料的抗侵蚀性，所以目前国大多数在高温区采用高铝砖的热风炉在其上部格子砖出现了不同成度的侵蚀现象，即所谓的“渣化”，从而造成格子砖的孔洞堵塞影响了热风炉的使用寿命。此除必须严格控制热风炉燃烧煤气的含尘量外，研究和生产抗侵蚀能力强的高铝质耐材也是我们需要解决的课题根据对热风炉蓄热室格子砖的温度分布曲线的分析，在高温热风炉中处于高温区的格子砖的围较之低温热风炉的情况更广，因此对蓄热室中间偏上部位的格子砖仍处于较高的温度区，同时该区域的格子砖还承于蠕变造成格子砖的不均匀下沉而引起的，特别是当格子砖断面上的高温气流分布不均时，情况尤为严重。对格子砖上部采用硅砖的热风炉而言，由于该区域格子砖的蠕变

24、下沉导致热风炉的寿命降低的现象就更为突出。所以对于准高温区域用耐火料应特别重视其耐蠕变特性。对蓄热室中、下部格子砖，通常采用粘土质耐火材料。随着大型热风炉蓄热室高度的增加，上部格子砖对下部耐材的压力也越来越大，另外，根据国外对大型高温热风炉格子砖的破损调查，发现下部格子砖因周期温度波动的影响，引起格子砖的龟裂、破碎的现象在不断增加，因此对下部粘土砖除必须继续控制其蠕变特性外，对制品的常温耐压强度、热震稳定性次数(耐急拎急热性)提出了更高的要求，具体的指标见表l。表1 热风炉用格子砖理化性能项目硅砖高铝砖粘土砖耐火度171o 183o 181o 176o显气孔率 18215 15019 1802

25、3 1502o体积密度 24526 23525 20522真比重 23233常温耐压强度MPa 34686 49980 4478-5 395881500 1500 1500 1350重烧线变化率(TX 2II)O 0 O 0T1 T2 T2 T202MPa荷重软化点1615 1650 1580 1380热态线膨胀率(1000C) 125 d052 052 G054蠕变率 1400 14000 13oo 115o 0196MPa一5dh o2 d o2 o2 O2耐剥落性试验 10次 1O敬 10次350(1h) air(30mb0 无龟裂无龟裂无龟裂化学组成( ) ALo， 0510 7047

26、20 65665 363850 95 960Fe2o 05 10 10 17 104 17 15 25Na2o+K2o n 6 06 30传统热风炉蓄热室格子砖的砌筑方式为“独立砖柱列式，该方式对格子砖的外形尺寸要求相对要低一些，但却使得整个格子砖砌体的抗蠕变(因蓄热室断面上高温气流的分布不均引起的局部区域过热，使得某些砖柱下沉)和热应力的能力较差，目前，在新建的大型热风炉上广泛采用的是“交错排列砌砖方式，以克服上述缺点，提高格子砖砌体的整体 l2 性能，采用该砌砖方式的前提条件是必须严格控利每一层格子砖的高度差1mm，即必须对单体格子砖按高度尺寸进行分级，同一层中必须采用一样级数的格子砖。因

27、此对大型高温热风炉用格子砖，除必须严格控制其理化指标外，对砖的外形尺寸公差也提出了更高的要求，对后一点，正是我国泊金耐火材料行业同国外相比差距尤为明显之处。32 热风炉墙体与管道用耐火材料根据我国传统燃式热风炉砌体的破损调查结果分析可知，热风炉墙体的损坏主要集中在高温区，如燃烧室隔墙倾斜、倒塌，热风出口与热风管道三岔口掉砖等，因此对高温区域用耐火材料(特别是燃烧室隔墙砖)除必须控制其蠕变指标外，还必须要求耐火材料具有较高的荷重软化点、优越的高温体积稳定性(即重烧线变化要小)，较强的耐化学侵蚀和耐气流冲刷的能力，日本品JII生产的高温区域用高铝质耐材的理化指标见表2。表2 日本品川生产的高铝砖理

28、化指标项目 9O Al 75 Al耐火度 l880 l880显气孔率 160I8 15017体积密度 29231 26828常温耐压强度Pa 961 98157重烧线变化率(Tx 2h) I650 I65000 008MPa荷重软化 TI TI 1650 1580热态线膨胀率065 0521000 )蠕变率 1500 1500 0I96MPa一5Oh 05 06化学组成( )AI 03 910 762SiO2 79 221F02O305 O 8借鉴国外对各开孔部砌体掉砖采取的措施，目前国新建或改造的热风炉在高温区域的孔口部位广泛采用了所谓“组合砖技术，它实际上是针对某一开孔部位的具体情况，结合

29、砌体的结构设计、耐材的生产制造、现场的砌筑安装等各方面因素的一项综合技术，因此其所用耐火材辩的特性除必须与所处的环境条件相适应外，还必须满足组合砖生产工艺的要求。对热风炉中部(特别是热风出口区域)大墙砖，因其必须承受上部砌体的荷重，同时还处于送风，燃烧送风这种周期交替较大的温度波动变化中，工作条件极为苛刻，所以该部位必须采用热态机械强度高、蠕变率低、热震稳定性好的耐火材料在此推荐的耐材特性指标如表3所示。该耐材也适用于温度波动大的部位如热风炉混风室或混风管表3 热风出口用高铝砖特性项目指标值耐火度 1880显气孔率 1017体积密度 29305常温耐压强度 MPa 686I27重烧线变化率(TX 2h) I6500T102MPa荷重软化点I650热态线膨胀率(1000C) O65蠕变率 I500 0I96MPa一50h O5化学组成( ) Al O。 9092OFc?O3 02O533 热风炉瓷燃烧器用耐火材料对热风炉瓷燃烧器用砖，因其结构形状日趋复杂，目前倾向于采用异形耐火砖进行砌筑，所以对单体砖的外形尺寸要求极严，同时该部位还处于送风时须承受高温(小于1O00C)辐射、燃烧时低温(200C)气流攀钢大型高炉冶炼钒钛磁铁矿的炉渣处理摘要攀钢高炉渣含TiO 高达25 左右，难以利用，从而使每年26o285万吨炉