加热炉耐火材料热性能之热稳定性

热稳定性:耐火内衬在交变温度条件下保持其体积(尺寸) 、强度稳定的性能,称为热稳定性。

表示耐火内衬热稳定性的主要指标是重烧线收缩和抗热震次数。这些指标国家行业标准中均有明确规定。

加热炉的蓄热体,烧咀砖、吊挂砖和水冷炉筋管包扎等所用耐火材料,其内部温度梯度大或承受频繁温度变化。按断裂力学理论,前者会产生各部位胀缩不均,后者会出现体积膨胀或收缩交替变化,都可能在制品内部产生热应力,这种应力如果得不到及时吸收或释放,必然引起制品内部裂纹源的扩展,当其扩展到临界尺寸时,使制品整体或局部发生脆性断裂,出现掉片或破坏,这是各类耐火制品,尤其是经整体烧结耐火砖衬损坏的重要原因之一。

为了改善耐火内衬的热稳定性,设计选材时可从以下几个方面着手:首先:选用新型高技术耐火浇注料替代经整体烧结的耐火砖。未经整体烧结的耐火浇注内衬,不仅重烧线变化小,而且易于吸收热应力,阻止裂纹源的扩展。

其次:在耐火内衬中引入ZrO2 ,对浇注体实现强韧化处理。这是因为ZrO2 在加热炉工作温度下会发生如下晶形转变。

这是一个快速切变的马氏体相变,使ZrO2 晶粒产生818～917%的体积胀缩效应,在晶粒边界出现显微裂纹,它可吸收耐火内衬热胀冷缩时的应力,并阻止裂纹源的扩展,达到强韧化的目的。

应当指出,用Al2O3 - SiO2 系耐火浇注料及其预制品制作加热炉耐火内衬,除控制CaO、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O 等杂质外,还应适当控制其Al2O3含量。实践证明,过高的Al2O3 含量,不仅增高材料成本,而且还会恶化内衬的热稳定性。我们认为,加热段,均热段选用Al2O3 含量～60% ,吊挂砖,炉筋管包扎选用Al2O3 + ZrO2 含量～50%,烧咀砖、蓄热体选用Al2O3 + ZrO2 含量60～70%左右即可。

此外,在某些部位如炉筋管包扎的耐火内衬引入适量耐热钢纤维, 可以使其热震性提高20 ～25%。

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