炉衬材料的优化设计

热处理炉可分为周期式（间歇式）炉和连续式炉两大类。仅从节能方面考虑，对周期式炉，要求炉膛升温快，蓄热少，因而采用全耐火纤维炉衬最为理想，可获得最短的升温时间，最大的节能效果，最大限度地提高炉子热效率。在这种情况下，即使采用密度为0.6g/cm³的轻质砖加保温材料作炉衬，也不如采用全耐火纤维炉衬。

对于连续式炉，在炉子节能和热效率方面起决定影响的，不是炉衬的蓄热，而是空炉损耗功率，即取决于炉子外壳的表面散热损失，所追求的炉衬结构是保温性能要好。因此，炉衬可多样化，可采用全耐火纤维的，也可采用轻质砖加保温材料的，或这两种的混合结构。

全耐火纤维炉衬或耐火纤维加保温材料炉衬，不但可取得最好的节能效果，而且炉衬最薄，炉体子外形尺寸最小，炉体最轻。

轻质粘土砖一般是指密度小于1.3g/cm³的粘土砖，密度小于0.8g/cm³的轻质粘土砖则称为超轻质粘土砖。轻质粘土砖强度比耐火纤维高，有一定的抗冲击能力，电热元件安装和砌炉技术有可沿袭性，因而一些电炉制造厂家仍喜欢用轻质粘土砖炉衬。为比较性能数据方便，内壁温度均取900℃，内衬厚度均取230mm，保温层均用膨胀蛭石，并通过调整保温层厚度的方法使外壁处于相同的温度（60℃），按大平壁稳定传热计算得出的热损失数据见图4-1和表4-2。

图4-1 轻质砖炉墙结构及截面温度

1—耐火砖（密度2.1g/cm³） 2—轻质粘土砖（密度1.0～1.3g/cm³） 3—超轻质粘土砖（密度0.4～0.8g/cm³） 4—矿渣棉（密度0.2g/cm³）

表4-2 轻质砖炉衬结构热损失数据

注：按照大平壁计算，环境温度为20℃。

重质高铝砖或粘土砖，在气体介质加热的热处理炉里，为了节能，用量在减少。只是在受力较大的部位，如炉底板支撑砖、电热元件搁砖、炉门口砖，才用这些重质砖砌筑。

由于重质高铝砖和粘土砖具有良好的热震稳定性，抗熔盐、炉渣的侵蚀能力和抗溶盐的渗透能力都较高，因此各类电极盐浴炉的耐火层采用重质砖砌筑，也可用耐火混凝土捣打制作盐浴炉。

图4-2和表4-3给出了各种炉衬结构的性能比较。从表中的数据可看出各种炉衬结构中采用硅酸铝纤维作内衬的炉墙蓄热、散热损失小。

(www.xing528.com)

图4-2 各种炉衬结构性能比较

1—耐火砖（密度2.1g/cm³） 2—轻质粘土砖（密度1.0～1.3g/cm³） 3—硅藻土砖（密度0.5g/cm³） 4—矿渣棉（密度0.2g/cm³） 5—耐火纤维（密度0.15g/cm³）

表4-3 各种炉衬结构性能比较

注：1.表中数据按照大平壁计算；图中的虚线部分及括号内数据按内壁全面积是6m²的中小平壁计算得出。2.全热损失的外壁散热损失部分，按照外壁24h到达平衡温度加120h平均温度计算得出。

图4-3和表4-4为炉衬材料的不同组合对能耗的影响。从表4-4中的数据可以看出，应用硅酸铝纤维改造热处理炉，能收到良好的节能效果。

表4-4 轻质砖炉衬结构热损失数据（环境温度20℃）

注：按照大平壁计算，环境温度为20℃。

图4-3 炉衬材料的不同组合对能耗的影响（按大平面计算）

1—超轻质粘土砖（密度0.6g/cm³） 2—超轻质粘土砖（密度0.4g/cm³） 3—耐火纤维（密度0.15g/cm³） 4—水泥珍珠岩板5—矿渣棉（密度0.2g/cm³）