焦炉常用的耐火材料介绍

时间: 2020-07-21 点击数: 次

一、硅砖

硅砖属于酸性耐火材料，具有良好的抗酸性侵蚀能力，它的导热性能好，荷重软化温度高，一般在1620℃以上，仅比其耐火度低70~80℃。硅砖的导热性随着工作温度的升高而增大，没有残余收缩，在烘炉过程中，硅砖体积随着温度的升高而增大。所以，硅砖是焦炉上较理想的耐火制品，现代大中型焦炉的重要部位（如燃烧室、斜道和蓄热室）都用硅砖砌筑。

在烘炉过程中，硅砖最大膨胀发生在100~300℃之间，300℃之前的膨胀量约为总膨胀量的70%~75%。其原因是SiO2在烘炉过程中出现117℃、163℃、180~270℃和573℃四个晶形转化点，其中180~270℃之间，由方石英引起的体积膨胀最大。

决定硅砖热稳定性好坏的关键是真密度，真密度的大小是确定其石英转化的重要标志之一。硅砖的真密度越小，其石灰转化越完全，在烘炉过程中产生的残余膨胀也就越小。

在硅砖中，鳞石英晶体的真密度最小，线膨胀率小，热稳定性比方石英和石英好，抗渣侵蚀性强，导热性好，荷重软化温度高，是石英中体积最稳定的形态。烧成较好的硅砖中，鳞石英的含量最高，占50%~80%；方石英次之，只占10%~30%；而石英与玻璃相的含量波动在5%~15%。

当工作温度低于600~700℃时，硅砖的体积变化较大，抗急冷急热的性能较差，热稳定性也不好。若焦炉长期在这种温度下工作，砌体就很容易破裂破损。

二、粘土砖

粘土砖是指Al2O3含量为30%~40%硅酸铝材料的粘土质制品。粘土砖是用50%的软质粘土和50%硬质粘土熟料，按一定的粒度要求进行配料，经成型、干燥后，在1300~1400℃的高温下烧成。粘土砖的矿物组成主要是高岭石（Al2O32SiO22H2O）和6%~7%的杂质（钾、钠、钙、钛、铁的氧化物）。粘土砖的烧成过程，主要是高岭石不断失水分解生成莫来石（3Al2O32SiO2）结晶的过程。粘土砖中的SiO2和Al2O3在烧成过程中与杂质形成共晶低熔点的硅酸盐，包围在莫来石结晶周围。

粘土砖属于弱酸性耐火制品，能抵抗酸性熔渣和酸性气体的侵蚀，对碱性物质的抵抗能力稍差。粘土砖的热性能好，耐急冷急热。

在0~1000℃的温度范围内，粘土砖的体积随着温度升高而均匀膨胀，线膨胀曲线近似于一条直线，线膨胀率为0.6%~0.7%，只有硅砖的一半左右。当温度达1200℃后再继续升温时，其体积将由膨胀最大值开始收缩。粘土砖的残余收缩导致砌体灰缝的松裂，这是粘土砖的一大缺点。当温度超过1200℃后，粘土砖中的低熔点物逐渐熔化，因颗粒受表面张力作用而互相靠得很紧，从而产生体积收缩。

由于粘土砖的荷重软化温度低，在高温下产生收缩，导热性能比硅砖小15%~20%，机械强度也比硅砖差，所以，粘土砖只能用于焦炉的次要部位，如蓄热室封墙，小烟道衬砖及蓄热室格子砖、炉门衬砖、炉顶以及上升管衬砖等。

三、高铝砖

高铝砖是Al2O3含量大于48%的硅酸铝或氧化铝质的耐火制品，统称高铝质耐火制品。

高铝砖的耐火度和荷重软化温度均高于粘土砖，抗渣蚀性能（尤其是对酸性渣）较好，且这些性能随着Al2O3含量的增加而提高，但热稳定性不如粘土砖。高铝砖的致密度高，气孔率低，机械强度高且耐磨。焦炉燃烧室炉头及炭化室铺底砖的炉头部位，用高铝砖砌筑，效果较好；但不宜用于炭化室墙面，因为高铝砖在高温下易产生卷边翘角。

四、耐火泥

耐火泥是粉状物料和粘结剂组成的供调制泥浆用的不定形耐火材料。它主要用做砌筑耐火砖砌体的粘结剂和涂层材料。耐火泥大多是加水（或水溶液）调成泥浆使用。它应具有相应的砌体用砖性能，焦炉用耐火泥应满足以下要求：

（1）在施工后和使用时应具有必要的粘结性，以保证与砌体或周围层结为整体，使之应具有抵抗外力和耐气、耐渣侵蚀的作用。

（2）必须具备良好的流动性和可塑性，以便于施工。

（3）具有与砌体或周围层材质相同的化学组成，以避免耐火泥处先毁，避免不同材质间造成不良的化学反应。

（4）具有与砌体或周围层材质相同的热膨胀性，以免互相脱离，泥层破裂。

（5）体积要稳定，有较小的收缩性，以保证砌体的整体性和严密性。

（6）在使用温度下能发生烧结，以增加砌体机械强度。

（7）有一定耐火度与荷重软化点

应根据砖种和操作温度选用相应的耐火泥，即砌筑粘土砖时用粘土火泥，砌筑硅砖时用硅火泥。凡与金属埋入件相接触的砌体部位，均须在火泥中加入精矿粉。砌筑焦炉顶面砖时，应在粘土火泥中加入能增加强度的水硬性胶结剂――硅酸盐水泥和石英砂。

硅火泥是用硅石、废硅砖和耐火粘土（生粘土）配制而成的粉料。硅石是硅火泥的主要组分。硅石中SiO2含量愈高，则火泥的耐火度愈高。加入废硅砖能改善火泥与硅砖高温粘结性能，原因是硅砖粉具有与硅砖类似的热膨胀曲线，在石英晶型转化体积变化时，火泥脱离硅砖的可能性较小，粘附于硅砖的能力良好。一般硅砖粉含量为20%~30%较为合适。在硅火泥中加入生粘土可以增加可塑性，降低透气性和失水率，但加入量不宜过大，否则会使硅火泥的耐火度降低，收缩率增加，一般以不超过15%~20%为宜。

硅火泥对粒度的要求是：1mm以上的不大于3%，小于0.074mm的不小于50%。硅火泥的颗粒组成影响火泥的使用性能，颗粒过大，泥浆失水快，砌砖操作困难，在灰槽中容易发生沉淀和偏析现象；颗粒过小，泥浆容易发酵，灰缝密实性变差。一般好用的灰浆打在砖上后，使砖能随便被揉动、敲打约15-20s，此时间与颗粒组成有关。因此，硅火泥的使用性能，可以用此时间来表示。

粘土火泥是由煅烧过程的熟料或粉碎粘土砖加耐火粘土（生粘土）制成。熟料是粘土火泥的主要成分，约占75%~80%。生粘土是粘结剂，加入生粘土可增加塑性，降低透气性和失水率，但加大了收缩性。配生粘土过多，容易产生裂纹，故配料约占20%~25%。

粘土火泥的使用温度一般低于1000℃。焦炉用粘土火泥一般为细粒和中粒度级，通过0.5mm和1mm筛孔的颗粒百分数应大于97%。粘土火泥除用于砌筑粘土砖部位外，还用于修补焦炉。

五、耐热混凝土

耐热混凝土是一种能长期承受高温作用的特种混凝土，是由耐火骨料、胶凝材料（有时还加矿物掺合料或有机掺合料）和水按一定比例调制而成的泥料，经捣制或振动成型、硬化、养护、烘干而获得的具有一定强度的耐火制品。

通常用矾土、高炉矿渣等作为骨料，以矾土水泥、硅酸盐水泥、磷酸和水玻璃等作为胶凝材料。根据骨料材质和胶凝材料的不同，耐热混凝土分为很多类型。其组成不同，性质便不同，因而使用范围也不同。这种耐火制品与耐火砖相比有以下优点：

（1）常温下迅速产生强度，在操作温度下也不降低。

（2）使用前不必经过烧成，减少了制造耐火砖时的复杂工艺，制备工艺简单，能就地浇铸成各种形状，可减少砌体砖缝，简化结构，简化砖型，从而革新砌筑作业，加快建设速度。

耐热混凝土在焦炉上已试用多年，主要用作上升管和炉门衬砖、炉顶轨道枕砖，以代替粘土砖，也有用作焦炉顶铺面的。根据使用部位不同，其配料有也所差异。

耐热混凝土在焦炉上的试用时间虽不长，但已显示出一些优点，不过也存在一些缺点，例如荷重软化温度不够高，使用中有分层剥落现象等。

六、隔热材料

通常导热系数小于0.8kJ/mh℃的建筑材料，称为隔热材料。一般它具有气孔率大、气孔小、机械强度低、体积密度小等特点。隔热材料的分类方法很多，一般可按使用温度、体积密度和制造方法分类，但常按使用温度和体积密度分类。

隔热材料按体积密度分为3种：

（1）低温隔热材料：使用温度低于900℃，如硅藻土、石棉、水渣、矿渣棉、蛭石、珍珠岩等。

（2）中温隔热材料：使用温度为900~1200℃，如硅藻土砖、轻质粘土砖等。

（3）高温隔热材料：使用温度高于1200℃，如高铝质轻质隔热砖、漂珠砖、轻质硅砖等。

轻质粘土砖是以粘土为原料，加入一定比例（30%~35%）的木屑烧制而成的粘土砖，其有多种牌号，体积密度为0.4~1.3g/cm3，耐火度为1670~1710℃。

硅藻土砖是以硅藻土为原料的制品，其中可加入一定量的可燃物，增大制品的气孔率，提高隔热能力。硅藻土砖只能用于1000℃以下部位，温度过高时其会收缩和熔化。硅藻土砖按理化指标也可分成几个级别。它们的体积密度为0.5~0.7g/cm3，耐火度为1280℃，显气孔率为73%~78%，耐压强度为0.5~1.1Mpa。制品尺寸有250×123×65mm和230×113×65mm两种规格。

硅藻土分生料和熟料两种。前者用于砌砖和保温层抹面，后者用作保温层填料。

石棉绳是由石棉纱、线（或金属丝）制成，按形状及编织方式分为石棉扭绳、石棉编绳和石棉方绳。石棉板是用石棉和粘结材料制成的板材。

其他隔热材料，如矿渣棉、蛭石（含水黑云母）和珍珠岩等，都是含有很多细小气孔的材料。气孔愈多愈小，其导热系数愈低。以珍珠岩、蛭石、轻质粘土砖块作骨料，以水泥、水玻璃、磷酸等作胶凝材料，以粘土粉、陶粒粉作掺合料，还可制成各种轻质耐热混凝土，用作隔热材料。