03 筑炉材料

2、高铝砖
◆ 高铝砖中含Al2O3大于48％，其余主要是SiO2，
杂质很少。随Al2O3 含量的增加，颜色变浅。当 Al2O3大于85％，变为白色，叫白刚玉。
◆其耐火度和高温结构强度都高于粘土砖，属中
性，化学稳定性好，多用于高温热处理炉及电阻丝 或电阻带的搁砖、热电偶导管、马弗炉的炉芯等。
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3、轻质砖与超轻质砖
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磷酸盐耐火混凝土（种类很多）
制作：须预先混料，堆积并覆盖草袋，放置
24h后才能筑炉。其目的是排出有害气体，防止制
品产生鼓胀变形，保证致密性。筑完后要自然干燥 几天，勿用水养护。
在烘炉中，因磷酸、骨料及掺合料的化学反应
使混凝上凝结为整体。具有良好的高温性能，为了
防止制品产生剥落，烘炉后再进行高温烧结，效果
急冷急热性好，导热性及导电性好。
◆主要用途：
(1)导热性好，比一般耐火材料高约10倍，适合 用作导热的器件，如马弗罐、换热器元件。 (2)强度高，耐磨性能好，耐急冷急热性也好，可 用它来作高温炉的炉底板、辊底炉的辊套。
(3)比电阻大，可以用作电阻炉的电热元件。
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散状耐火材料 传统的筑炉方式是耐火砖作为主体的，散状料(如耐火泥)
热元件、辐射管、换热器、料筐等表面。
特点： ◆不影响炉内气氛、被涂金属的物理化学性质和力学性能； ◆可防止被涂金属氧化、脱碳或渗碳、化学侵蚀； ◆与金属间的结合牢固，耐磨性良好；
◆经固化处理之后，表面比基体更细密，可大幅度地提高金
属构件的使用寿命(50％以上)。连续使用温度1038℃，间断 使用可达1204℃。
纤维(95％A1203)长期使用温度1400℃，最高使用温
度1600℃。
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◆用途：一般热处理炉用硅酸铝纤维；真空炉、 热压炉和气氛炉使用石墨纤维。 ◆使用方法 纤维毡可用机械固定或粘结剂粘贴
固定于炉墙上，也可制成预制块或预制板或夹于两
层耐火材料中间使用。
◆缺点 受制造工艺和设备的限制，某些气氛对
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分类： ◆按耐火度分类：普通耐火材料、高级耐 火材料、特级耐火材料。
◆按化学矿物组成分类：氧化硅质耐火材
料、硅酸铝质耐火材料、铬铁质耐火材料、碳
质耐火材料、其它高耐火度制品。
◆按耐火材料的化学性质分类：酸性耐火
材料、碱性耐火材料、中性耐火材料。
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一、耐火材料的性能
可分为物理性能和工作性能。
物理性能：体积密度、真比重、气孔率、吸水
只是用作砌砖的泥浆、砖缝填料或补炉料。近二十年散状耐火
材料出现了各种耐火混凝土、浇注料、可塑料、耐火纤维及捣 打料、喷涂料。目前一些先进工业国家，散状耐火材料的产量 已占耐火材料总产量的1/3以上，且有进一步发展的趋势。 特点： ⑴施工方便，筑炉效率大大提高，能适应各种复杂炉体结 构要求。炉顶采用耐火混凝土预制块，使施工大为简便。 ⑵使用后，炉子的热工指标也有所改善。例如使用陶瓷纤
快、炉温均匀，可降低能耗15％～30％。
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◆涂料的气孔率低，化学稳定性好，可阻止使耐
火材料损坏的各种氧化性气氛扩散渗透，能成倍地
提高耐火村料的使用寿命。
◆应用范围广，除石墨以外的其它耐火材料均可
涂这种涂料。使用温度高达2482℃。
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(2)金属构件用陶瓷涂料：
◆是用水调制的硅酸铝涂料，无毒、不可燃，可涂敷于电
了提高使用温度可提高Al2O3含量和减少杂质。
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(2)导热系数小，比其它保温材料的导热系数至少 小20％，因而可使炉衬厚度减薄；
(3)体积密度小，耐高温，热导率小，比热容小，
炉衬蓄热少，升温快，节省热能；
(4)耐急冷急热性好，化学稳定性好。耐震动、柔
软、容易施工，不考虑热应力的影响；
(5) 在高温下发生较大的收缩，制造成本较高。
第三章
筑炉材料
砌筑热处理炉时，需使用耐火材料、保温材
料、炉用金属材料以及一般建筑材料。 在建造和设计热处理炉时，合理选用筑炉材 料，对满足热处理工艺要求，提高炉子使用寿命， 节约能源，降低成本都有重要意义。 本章重点介绍耐火材料、保温材料以及炉内构 件用材料的种类及性能。
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§3-l
耐火材料
耐火材料：凡是能够抵抗炉内高温并承受在高 温下所产生的物理、化学作用的非金属筑炉材料。 耐火材料的选择要考虑炉内温度、气氛、熔融 材料的成分等。 热处理炉用材料的发展方向是在努力提高其高 温性能，尤其是高温强度和高温下抵抗炉膛内气氛 与介质侵蚀和冲刷能力的情况下，尽量减小体积密 度，延长使用寿命。
◆制品 纤维毡、纤维板、纤维砖、纤维绳等。
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常用耐火纤维
玻璃质硅酸铝耐火纤维为非晶
质，包括普通硅酸铝纤维、高纯硅酸铝纤维、含铬
硅酸铝纤维，长期使用温度为1000～1200℃，在温
度为100百度文库1090℃范围内，其比热容基本相同。
◆晶质耐火纤维主要有多晶质莫来石纤维(72%～
74％A12O3)，最佳使用温度为1300℃；多晶氧化铝
耐火纤维有腐蚀作用，影响了它的使用范围。
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6、耐火混凝土 可制成各种预制块，也可在加热炉上整体浇捣， 从而加强炉体的整体性。例如制造盐浴炉的盐槽， 制造炉顶与炉衬的预制件和振底炉的炉底板等。 ◆组成：由胶凝物质（水泥、水玻璃、磷酸溶液 等）+耐火骨料+掺合料和水并按一定比例混合、 成型、硬化后得到的耐火材料。 ◆优点：与耐火砖比，简化了制造工艺、便于 制造复杂构件、修炉和砌炉的速度快、炉衬整体性 好、制造成本低、炉子寿命长。 ◆缺点：耐火度低于耐火砖。
耐火砖按其体积密度不同，分为重质、轻质 与超轻质。重质砖的体积密度为2．2～2．75g／
cm3，轻质砖为0．4 ～~1．3g／cm3 ，超轻质砖
为0．3～ 0．4g／cm3。
◆因制造方法不同，其气孔率很高，体积密度很
小。 ◆轻质耐火砖一般是粘土砖，也有高铝砖。其成 分与一般粘土砖和高铝砖相同。
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◆保温性好(传热损失小)，热容量小(炉子的 蓄热损失小)。采用轻质或超轻质砖做炉衬，可
等因素有关。常用耐火制品的耐急冷急热性指标如
表所示。
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5、高温体积稳定性
◆ 指耐火材料在高温下长期使用时，化学成分
发生变化，产生再结晶和进一步烧结现象，从而
使耐火材料的体积发生收缩或膨胀。通常用膨胀
系数或重烧线收缩来表示。
◆ 一般要求耐火制品的体积变化，不得超过
0.5％～1%。
◆砌体有膨胀缝。
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中的易熔杂质(如FeO、Na 2O等)的含量。 耐火材料并非纯物质，是由多种矿物组成，其 中还含有杂质，没有一个固定熔点，只有一定的熔 融范围。
知识拓展
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按耐火度的不同，可将耐火材料分为：
(1)普通耐火材料：耐火度为1580℃～1770℃；
(2)高级耐火材料：耐火度为1770℃～2000℃；
(3)特级耐火材料：耐火度为2000℃以上。 耐火度不是熔点，也不是实际使用温度。耐火
更好。 性能特点：开裂倾向小，耐火度和高温强度较
高，成本较高。
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水玻璃耐火混凝土
该混凝土是气硬性的，成型后可直接进行烘干，
严禁用水或蒸汽养护。
制品有非常好的耐急冷急热性，良好的整体性
和耐磨性。使用温度为600~1100℃。
用于制造振底炉的炉底板。
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耐火混凝土的性能特点：与同质耐火制品相比
⑴耐火度低；
就不能用于砌炉。表面扭曲会使砌缝过大，超过规
定标准，降低砌体的强度。
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二、常用耐火材料
常用耐火材料有粘土砖、高铝砖、碳化硅耐火 制品、耐火纤维、耐火混凝土、耐火涂料等。 1、耐火粘土砖 ◆粘土砖的主要成分是：30%∼48％Al2O3，50％～ 60％SiO2，其余为各种金属氧化物等。属弱酸性， 荷重软化点为1350℃，耐急冷急热性好，原料来源 广泛，是最常用的耐火材料。 ◆可用于砌筑炉顶、炉底、炉墙及燃烧室等。 ◆ 铝电热体合金与粘土砖有化学反应，使用粘土 砖会使铁铬铝合金受腐蚀。粘土砖在控制气氛中易 受CO、H2的侵蚀而损坏。 14
6、耐火制品的级别和几何形状尺寸
耐火制品的级别按制品尺寸公差分成两个级别。 耐 火 粘 土 砖 和 高 铝 砖 一 级 品 尺 寸 公 差 为 ±1.5 ～ ±2m；二级品尺寸公差为±2.5mm；轻质耐火砖
不分级别。
如果耐火制品尺寸公差过大、外形损坏严重(缺
角、缺棱、扭曲等)、表面破损严重(裂纹、渣蚀等)，
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8、耐火泥
◆是砌耐火砖时用来填充砖缝及其相互粘结并使
砌体有一定强度和气密性的耐火材料。
◆耐火泥应接近于砌体成分，具有一定耐火度和 化学稳定性。砌筑气密性好的粘土砖砌体时，可以 采用含有水玻璃的可塑性泥浆。 ◆耐火泥由20％∼40％的耐火粘土生料和60％∼80
快硬、高强度的特点，但耐火度较低。
◆低钙铝酸盐水泥在常温下，其硬化速度较慢。早 期强度低，但耐火度高。 ◆铝酸盐水泥是一种快硬高强度水硬性胶结剂，因 此混凝土加水搅拌后，应迅速捣打不要中间停顿，以
免捣打不实。脱模后用草袋覆盖，浇水养护。
◆这种耐火混凝土开裂倾向大、烘炉应缓慢进行， 在使用中易于剥落。常用于做盐浴炉坩埚或炉拱。
维炉衬，使热损失大大减少。
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5、耐火纤维
◆是新型的耐火材料，兼有耐火和保温作用。
◆分类 根据成分不同有硅酸铝、石英、氧化铝
和石墨耐火纤维等，大致分类如图所示。一般热处
理炉使用硅酸铝耐火纤维，而高温真空炉多采用石
墨纤维。 ◆性能特点： (1)一般使用温度不超过1000℃，高温长时间使 用有析晶现象，发生体积收缩、变脆以致粉比，为
3、高温化学稳定性
◆ 耐火材料在高温下抵抗熔渣、熔盐、金属氧化
物及炉内气氛等的化学作用和物理作用的性能。常 用抗渣性来评定。
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例如: ◆制造无罐气体渗碳炉时，高碳气氛对普通粘
土砖有破坏作用，炉墙内衬的耐火材料需用含
Fe2O3小于1％的耐火砖，即抗渗砖；
◆制造电极盐溶炉时，由于熔盐对耐火材料的
冲刷作用，坩埚材料必须采用重质耐火砖或耐火混
⑵荷重软化温度低；
⑶线膨胀系数小； ⑷耐崩裂性可在100次以上； ⑸显气孔率低于耐火砖，闭口气孔多，故致密 性比耐火砖低；
⑹重烧线收缩较大。
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7、陶瓷涂料
(1)耐火材料用陶瓷涂料：
◆是氧化锆加水调制而成，无毒、不可燃，在室
温下涂敷于耐火材料表面，在空气中干燥5分钟即
成。
◆陶瓷材料的辐射能力强，因而炉子升温速度
样开始变形(0.6％)时的温度；当试样变形达4％或
40％的温度，称为荷重软化4％或40％软化点。
◆ 耐火材料的高温结构强度主要决定于化学成
分和体积密度。耐火材料的使用温度必须低于其荷
重软化点。
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荷重软化温度是耐火材料工作性能中一项重要 的指标，有些材料尽管耐火度较高，但荷重软化点 低，使用中应注意。例如镁砖的耐火度超过2000℃， 但它的荷重软化开始温度只有1500℃，远远低于它 的耐火度。 常压耐火材料的荷重软化点如表所示
率、透气性、耐压强度、热膨胀性、导电性、热容
量等。 工作性能：耐火度、高温结构强度、化学稳定 性、体积稳定性，耐急冷急热性等。
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1、耐火度
◆耐火度是耐火材料抵抗高温作用（抵抗熔化）
的性能，表示材料受热后软化到一定程度时的温度。
耐火度大于1580℃的材料才称为耐火材料。
耐火度主要取决于耐火材料的化学成分和材料
度并不是其实际使用温度，因为在高温载荷作用下
耐火材料的软化变形温度会降低。实际使用的最高
温度比耐火度要低，这是由于还要考虑其高温结构
强度，即在高温下要承受一定的压力而不变形。耐 火材料的耐火度和使用温度如表所示。
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2、高温结构强度－荷重软化点
◆ 荷重软化开始点是指在一定压力(196kPa，轻
质材料为98kPa)条件下，以一定速度加热，测出试
减少炉墙蓄热，缩短升温时间，资约热能。
◆轻质砖的耐压强度低，荷重软化点较低，
残余收缩(或膨胀)较大，抗化学侵蚀能力较差。
◆宜用做炉墙和炉顶。在高温结构强度和耐
火度满足要求的情况下，应尽可能选用轻质粘土
砖。
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4、碳化硅耐火制品 ◆碳化硅耐火制品主要化学成分是SiC。其耐火度
高可达2000℃以上，高温结构强度高，抗磨性、耐
凝土；
◆电热元件搁砖不得与电热元件材料发生化学
作用，铁铬铝电热元件要用高铝砖作搁砖。
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4、耐急冷急热性(热震稳定性)
◆表示材料抵抗温度急剧变化而不破坏的性能。
◆ 测定方法：将耐火制品加热到850℃，然后放
入流动的冷水中冷却，反复进行破碎至其重量损失
20％时的次数。
◆ 耐急冷急热性与制品的物理性能、形状和大小
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◆分类
根据所用的胶结材料(水泥)不同，耐火混凝土 可分为： 硅酸盐耐火混凝土、铝酸盐耐火混凝土、磷酸
盐耐火混凝土和水玻璃耐火混凝土等。
热处理炉常用的耐火混凝土有铝酸盐耐火混凝
土（矾土水泥和低钙铝酸盐水泥耐火混凝土）、磷
酸盐耐火混凝土两类。
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铝酸盐耐火混凝土 ◆用矾土水泥或低钙铝酸盐水泥做胶结剂。它具有