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耐火材料在砖瓦窑炉中的应用

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耐火材料在砖瓦窑炉中的应用

发布日期:2019-03-14 作者: 点击:

耐火材料



耐火粘土砖

耐火黏土砖是硅酸铝系耐火制品中的一个主要品种,也是用途广泛、产量最大的耐火材料。黏土砖是以黏土熟料作骨料,耐火黏土作结合剂,成型后在1250~1350°C烧成的、Al2O3质量分数为30%~48%的耐火制品。主要化学成分为Al2O3和 SiO2, 主要矿物成分为莫来石(A3S2)和方石英(SiO2),属于酸性耐火材料。其缺点是荷重软化温度远低于其耐火度,但它有良好的抗热震性并随熟料及其粗颗粒含量的增加而提高。一般使用在要求不高的工业炉工作面或高温窑炉的次高温层。由于能满足砖瓦窑炉的最高使用温度而且采运方便,对砖瓦窑炉焙烧过程产生的酸性气体有极强的抵抗力。所以也是砖瓦窑炉使用最多、性价比最好的耐火材料。


高铝砖

高铝砖也属硅酸铝系耐火材料,按化学性质属于中性耐火材料。其Al2O3质量分数在48%以上,一般烧成温度在1500~1600°C。高铝砖的耐火度和荷重软化温度比黏土砖要高,抗酸碱侵蚀的能力强,且随着Al2O3质量分数的增加而有所提高。高铝砖的高温机械强度高,但抗热震性较低,重烧线变化很大。考虑高铝材质在高温条件下的可靠性,有足够的耐酸性,烧结砖瓦厂的平吊顶隧道窑一般采用高铝质耐火砖作为窑顶吊挂材料。

定形隔热耐火材料

隔热耐火材料是指气孔率高、体积密度小、具有绝热性能的一种轻质耐火材料。这种材料的气孔率在30%~ 50%,体积密度在(0.3~1.3g/cm3),其缺点是气孔率高导致组织酥松、力学强度低、耐磨性能差;通常使用时不承受荷重,并受致密耐火材料的保护,大多用于窑墙隔热层或干燥室外墙的绝热层。近年来也有将轻质高铝或轻质莫来石用于装配式隧道窑的工作面;在这种情况下,由于隔热耐火材料直接与火焰接触,并承受一定的荷重,就要大幅提高隔热耐火材料的强度和抗气流冲刷作用的设计指标。实践证明最好选用气孔率孔径低于0.6mm及泡沫法生产的耐火氧化物空心球制品作为窑炉内衬料,因为这些材料有更高的抗压及抗折强度,可大幅提高其使用寿命,如氧化铝空心球制品的抗压强度(~10 MPa)和使用温度(1600°C)要远高于其他轻质耐火材料。

莫来石质隔热砖具有耐高温、强度高、导热系数小、节能效果显著等特点,是新型的节能耐火材料;适用于陶瓷辊道窑、电瓷及工艺美术瓷的梭式窑、步进式加热炉等。近年来在墙体材料工业的装配式隧道窑得到应用,技术指标如下:

a、化学组成: Al2O3 :≥50% ; Fe2O3 :≤ 0.8%

b、体积密度: ~1.2 g/cm3

c、常温耐压强度: ≥ 8 MPa

d、抗热震性(1100 ℃空冷): 20次

e、荷重软化点(0.1MPa): ≤1450 ℃

f、热导率 w.(m.K) -1 (350℃) ≤1%(1550℃,12h)

g、产品规格(mm) 400x400x100

陶粒轻质耐火混凝土砌块是以铝酸盐水泥-65作结合剂,以页岩、陶粒、粉煤灰陶粒或高铝陶粒做骨料、采用振动法或振动加压法成型的轻质制品。烧结砖瓦窑炉采用的陶粒轻质耐火混凝土砌块技术指标如下:

a、等级: GL优等品 GL一级品

b、110℃干燥后体积密度(g/cm3): 1.65 1.7

c、常温耐压强度(MPa): 40 35

d、110℃干燥后抗折强度(MPa): 3.5 3.0

耐火浇注料

耐火浇注料是把按一定颗粒级配的骨料和粉料、结合剂和外加剂拌合在一起,使用时加水(或液状结合剂)具有一定触变性和流动性的泥料,可立即进行浇筑施工。与其他不定形耐火材料的区别在于:耐火浇注料施工后要有一定的凝结和硬化时间,因此,浇注成型后需经过一定的时间养护方可脱模,再经过适当时间的自然养护强度达标才能安装施工,按照严格的烘烤后窑炉方可投入使用。砖瓦窑炉使用的是振动浇注料,施工时需施加外力(振动)以克服屈服应力方可使泥料产生流动而填充模具。

耐火浇注料按其所采用的集料(骨料和粉料)按体积密度不同,依次分为重质浇注料(体积密度大于2.0g/cm3), 中重质浇注料(体积密度1.0~2.0g/cm3),轻质浇注料(体积密度0.4~1.0g/cm3)。按照所采用的结合剂的种类与结合机理不同,可分为水化结合浇注料,如铝酸盐水泥或硅酸盐水泥结合浇注料;化学结合浇注料,如磷酸耐火浇注料、硫酸铝耐火浇注料、水玻璃耐火浇注料。按照所用集料的化学成分和性质不同,可分为粘土质、高铝质等。

自90年以来全国大概有五百座以上隧道窑采用中重质的铝酸盐水泥结合高铝质耐火浇注料制作平顶隧道窑的吊顶板或倒”T”形梁,取得了一些成功的经验。目前,更多的是将其用于窑车砌筑。

耐火涂抹料

耐火涂抹料是用于耐火材料砌体表面的工作衬或保护衬的泥膏状材料。也是不定形耐火材料的重要组成部分,而且种类繁多。耐火涂抹料是一种功能性材料,其液体 /固体质量或体积比与耐火泥浆相近,泥料具有较小屈服值,因而有较好的延展性,既可人工涂抹也可机械喷涂施工。砖瓦窑炉主要使用的耐火涂抹料包括:保温隔热涂料、耐火泥浆、耐火涂料等。

砖瓦窑炉的耐火涂抹料主要使用在以下位置:隧道窑吊顶复合层的每种材料的界面,兼有粘接、找平、密封、保温功能,涂层厚度1~3mm;涂抹于窑进车端200°C以下低温带的窑工作面的耐酸耐火涂料,防止低温时酸性烟雾对耐火混凝土吊顶板的侵蚀,涂层厚度1~2mm。

热辐射涂料涂抹于轻质高铝、轻质莫来石、耐火纤维模块衬体内表面,兼有固化、封闭、绝热、耐磨功能,以提高内衬抗气流冲刷、抗烟气侵蚀的能力,涂刷在高温衬体的表面上,能达到节约能源和提高寿命的目的;也可作为热风管道内壁的耐热和耐火保温涂层,涂层厚度0.3~0.5mm。

在耐火纤维炉衬的表面上,采用通常Al2O3 -SiO2基涂料,涂层厚度1~2mm分2~3次涂覆完毕。自然风干后基层与纤维牢固的粘结在一起,不经烘烤便可升温生产。涂层耐高温,抗气流冲刷,能显著提高炉衬的使用寿命。

耐火纤维

耐火纤维是用耐火材料为原料制成的纤维材料,是最常用的纤维状的新型耐火及保温材料,其最初级的产品称为耐火纤维原棉。耐火纤维不仅具有纤维材料的可压缩、可裁剪、有一定牢度,可加工成毯(毡)、绳(线)、布(纸),又具有一般纤维所没有的耐高温、抗侵蚀等性能。其使用温度与材料中高温组分的含量有关并与其含量成正比,也与其他高温材料的使用组合有关。硅酸铝耐火纤维的通常设计选型起始温度为900°C。

耐火纤维按微观结构可分为非晶质和多晶质两类:

非晶质耐火纤维是Al2O3 含量在45~60%的硅酸铝纤维。是用天然原料(高岭土或耐火粘土)高温熔融后形成的高温溶液纤维化骤冷制成,为非晶质的玻璃体结构。用纯Al2O3 和SiO2为原料制成的纤维称为高纯硅酸铝纤维;加入5%的Cr2O3的称为含铬硅酸铝纤维;Al2O3超过60%的称为高铝纤维。

多晶质耐火纤维主要是指Al2O3 含量在70%左右的莫来石质纤维、Al2O3 含量在95%以上的氧化铝纤维、氧化锆纤维。此类产品为微晶结构,晶粒尺寸在几十纳米。是冶金、化工、建材工业的使用周期长、全纤维窑炉工作面材料的首选。

熔融法生产非晶质耐火纤维按照成丝方法又分为喷吹法和甩丝法,喷吹法是将原料在电阻炉或电弧炉2000°C以上熔融,变频控制的熔流下落时再用压缩空气或过热蒸汽喷吹制成纤维;甩丝法是熔流落在多级回转转子上,借离心力甩成纤维。前者纤维细但渣球含量高,后者纤维粗但渣球含量低。甩丝法工艺及其产品在目前用得最多。

目前砖瓦窑炉所使用窑的耐火纤维基本为非晶质耐火纤维,其中普通硅酸铝纤维和高铝纤维占比约为85:15,其他耐火纤维几乎没有涉及。含铬硅酸铝纤维对砖瓦窑炉酸性气体有很好的耐侵蚀性,但是因生产过程Cr的低价态重金属污染较大而产能受限;多晶纤维较普通硅酸铝纤维有更好的高温使用性能、对酸碱气体有很好的耐侵蚀性和优异的抗结晶粉化性能,是今后砖瓦窑炉工作面材质的首选。

耐火纤维其制品

耐火纤维制品:以耐火纤维原棉为原料加工制成的各种各种高温隔热材料,耐火纤维的使用基本就是其制品的应用。砖瓦窑炉主要使用其以下功能:1)高温隔热及密封;2)高温衬垫;3)窑炉内衬。砖瓦窑炉的使用禁忌:1)高酸性侵蚀;2)机械碰檫;3)气流速度过高;4)长期重压。

耐热不锈钢

耐热不锈钢是在高温下不易氧化,并具有一定高温力学强度的特殊钢种。具有高温下塑性变形小,抗蠕变强度大;在冷热急变或振动负荷的情况下有较高抗热疲劳性;在工作温度范围内有良好的耐腐蚀性;有较好的可加工性和焊接性。耐热不锈钢主要用在工业炉的高温部位耐火材料的连接。

砖瓦窑炉一般将耐热钢与其他材料如:耐火吊杯、耐火纤维、高铝或刚玉连接件做成耐热钢组件用于隧道窑吊挂结构以及装配式隧道窑的轻质莫来石顶板和挂板、以及大规格耐火混凝土墙板的固定,装配式隧道窑的耐热钢组件还要增加用于断开热流的“断桥”结构。在温度高、承载力大、结构复杂,酸性腐蚀气体环境的综合作用之下,一旦出现结构失效,就会结构失效导致停窑甚至全厂停产。

耐热不锈钢会产生“硫化反应”亟速损毁,产生“高温蠕变”而结构逐渐失效,这是不争的事实。通过一些偶发事件的调查、研判,虽然不能完全认定窑顶设计、施工及操作存在重大过失,但是耐热钢吊挂件的损毁显而易见。因此,耐热不锈钢的选型要充分考虑其工作环境并与材料手册相对应;严格计算并适当放大安全系数;结构上要做“超静定”设计,要方便更换和拆装。

砖瓦隧道窑使用最多的耐热不锈钢是1Cr18Ni9Ti和1Cr25Ni20Si2,两者分别作为900°C和1150°C区域的高温结构材料,实践设计则根据温度曲线和“漂移”确定使用区间。前者也常用于移动风机及塔式送风器风叶或壳体,投煤孔和检查口金属结构。


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