耐火材料的性能及应用领域

设计、制造炉子时，合理地选用耐火材料，对提高炉子寿命、降低使用成本、节约热能都有重要作用。凡是能够抵抗高温并能承受高温物理和化学作用的材料，就称为耐火材料。

1.耐火材料的性能要求

（1）有足够的耐火度 耐火度是耐火材料抵抗高温作用的性能，指耐火材料受热后软化到一定程度时的温度，不是它的熔点。根据耐火度的高低，耐火材料可分为：普通耐火材料，耐火度为1580～1770℃；高级耐火材料，耐火度为1770～2000℃；特级耐火材料，耐火度大于2000℃。

（2）要有一定的高温结构强度 高温结构强度用荷重软化点来评定。荷重软化点是指在一定压力（0.196MPa）条件下，以一定的升温速度加热，测出样品开始变形的温度和压缩变形达4%或40%的温度。前者叫荷重软化开始点，后者叫荷重软化4%或40%的软化点。

NZ-40粘土砖的耐火度为1730℃，而荷重软化开始点只有1350℃左右。因此，它的最高使用温度不超过1350℃。

（3）高温化学稳定性好 在选用耐火材料时，应考虑它的化学稳定性。

1）制造无罐渗碳气氛热处理炉时，高碳气氛对普通粘土砖有破坏作用，所以炉墙内衬的耐火材料需用氧化铁质量分数小于1%的耐火砖（即抗渗碳砖）。

2）制造电极盐浴炉时，熔盐对耐火材料有冲刷作用，坩埚的耐火材料必须采用重质耐火砖或耐火混凝土。

3）电热体搁砖不能与电热体材料发生化学作用，对铁铬铝电热体要用高铝砖作搁砖。

（4）要有良好的耐急冷急热性 在热处理炉工作过程中，耐火材料的工作温度会经常急剧变化。通常用耐急冷急热性表示材料抵抗温度急剧变化不破坏的性能。测定方法是：将试样加热至850℃，然后在流动水中冷却，按这种方式进行多次重复试验，直到其剥落部分重量达最初试样重量的20%为止，以所经受的急冷急热次数作为该种材料的耐急冷急热性指标。

（5）高温下的体积稳定性 耐火制品在高温下长期使用时，由于其组织结构发生变化，体积会膨胀或收缩。这种体积变化不同于热胀冷缩，是不可逆的，称为残存膨胀或残存收缩。耐火材料的这种体积变化过大会影响砌体强度，严重时造成砌体倒塌。在砌筑拱形炉顶时更应特别注意。一般要求体积变化不超过0.5%～1%。此外还有其他性能要求，如较小的密度、热容量和热导率。对于电阻炉还要求有良好的电绝缘性能等。

2.热处理炉常用的耐火材料

热处理炉常用的耐火材料有粘土砖、高铝砖、耐火混凝土、碳制品及各种耐火纤维等。耐火材料常制成重质、轻质和超轻质耐火制品。

（1）粘土质耐火材料 粘土质耐火制品的化学成分（质量分数）为：Al₂O₃30%～40%，SiO₂50%～65%，其他各种氧化物杂质5%～7%。普通粘土砖在热处理炉中应用最为广泛，可以用于砌筑炉顶、炉底、燃烧室等。它对铁铬铝电热元件有腐蚀作用，所以不宜用于铁铬铝电热元件的搁砖。在高碳气氛中易受CO、H₂的作用而损坏，也不能用于高碳气氛炉作内衬。(www.xing528.com)

（2）高铝质耐火材料 高铝质耐火材料是含Al₂O₃在48%（质量分数）以上的耐火制品。高铝质耐火材料具有耐火度高、高温结构强度较好、致密度高、化学稳定性好等优点，但价格较粘土质耐火材料高。通常用于砌筑高温炉内衬、电热元件的搁砖和套管等。

（3）轻质耐火材料 密度较小的耐火材料叫做轻质耐火材料。一般重质粘土砖的密度为2.1～2.2g/cm³，重质高铝砖的密度为2.3～2.75g/cm³，而轻质粘土砖的密度为0.4～1.3g/cm³，轻质高铝砖的密度为0.4～1.0g/cm³。

轻质耐火材料的主要特点是：气孔多、重量轻和保温性能好，而且因为每个气孔很小，在制品中分布均匀，故仍具有一定的耐压强度。采用轻质耐火材料作炉子砌体时，可以减少蓄热损失，尤其对周期作业炉意义更大，可显著缩短升温时间，提高炉子的热效率，同时可缩小炉子体积。但轻质耐火材料的耐压强度较低，荷重软化点也较低，残存体积变化较大，耐化学腐蚀性也较差。因此，选用轻质耐火砖作为大型热处理炉内衬时，应考虑其高温结构强度是否能满足要求。由于其耐蚀性差，故不能作浴炉内衬。

（4）硅酸铝耐火纤维 硅酸铝耐火纤维是一种新型耐火保温材料，兼有耐火和保温材料的特点。它具有重量轻、耐高温、热稳定性好、热导率低、比热容小、耐机械振动等特点。同时，它还是一种柔性材料，使用中可不考虑热应力的影响，并使设备具有保温性能好、升温快、热耗低等优点。

硅酸铝耐火纤维的化学成分（质量分数）为：Al₂O₃43%～54%，SiO₂47%～53%，其余为各种氧化物。纤维平均直径2.8μm，长为10～250mm。

1）硅酸铝耐火纤维的热导率见表4-1。

2）最高使用温度为1500℃，长期使用温度为1300℃，耐火度大于1790℃。

表4-1 硅酸铝耐火纤维的热导率

3）高温下发生收缩，1000℃时收缩量为2%，1300℃收缩量为4%。可采用分层安装和重叠接缝等办法，解决其收缩问题。

3.不定型耐火材料

不定型耐火材料是由骨料、细粉和结合剂混合而成的散状耐火材料。其特点是可制成各种预制块，便于机械化施工，可在加热炉上整体浇捣，从而加强炉体的整体性，又便于改进炉型结构。按制作或施工方法来分，不定性耐火材料有耐火混凝土（浇注料）、可塑料、喷涂料、捣打料、涂抹料、投射料等。其中耐火混凝土在热处理炉上的应用有很大进展，例如，制造盐浴炉的盐槽坩埚，制造炉顶与炉衬的预制件。