耐火材料在加熱爐、反射爐的應(yīng)用

加熱爐和反射爐是高溫設(shè)備，內(nèi)襯砌筑離不開耐火材料，反射爐是將爐內(nèi)物料進(jìn)行加熱或完成氧化、還原等熔煉作業(yè)過程的一種傳統(tǒng)設(shè)備。
 

大連續(xù)加熱爐是用來加熱鋼坯的高溫爐，品種很多，但爐體結(jié)構(gòu)均由爐頂、爐壁、爐底、煙道、熱交換器等幾部分組成。按照連續(xù)式加熱爐的加熱制度，加熱爐可分為800~900℃預(yù)熱段(1100~1400℃)，均熱段(1100~1400℃)。不同的分段工作溫度所用的耐火材料也存在差異。

加熱爐用耐火材料
 一．爐頂
 中、小型加熱爐的爐頂，多為拱形結(jié)構(gòu)。大的現(xiàn)代加熱爐采用懸掛式平頂結(jié)構(gòu)。加熱爐的爐頂是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，它的壽命是爐子壽命的標(biāo)志。
 爐膛的溫度為1400℃左右，故多采用粘土耐火材料制成，既可用粘土磚砌成，也可用澆注料或塑料制成整體爐頂。只有高溫重點(diǎn)部位使用高鋁磚或磷酸鹽高鋁型澆注料等高鋁耐火材料。火爐頂部的壽命一般為10年。為降低散失，即在爐頂上鋪一層隔熱材料?；馉t頂反拱部位主要受熱應(yīng)力和氣體侵蝕，有時(shí)會(huì)被拱起坯體撞擊，一般采用吊掛磚頂、耐火澆注料或可塑料制品。

二.爐墻
 爐壁分為邊壁和端壁。邊墻的工作襯層主要是粘土磚，非工作層主要是耐火磚。現(xiàn)代化大型加熱爐的側(cè)壁工作襯板可以使用高鋁磚，非工作層是粘土磚，外加輕質(zhì)磚絕熱層。為了節(jié)省投資，可以根據(jù)溫度的高低選擇耐火材料分段。
 近幾年來，全世界普遍推廣應(yīng)用耐火澆注料和可塑爐襯，其使用壽命高，節(jié)能效果好。

三.爐底
 爐底受熱鋼總有效面積。加熱爐底部包括均熱床，預(yù)熱段與加熱段的滑軌支撐結(jié)構(gòu)。要承受坯料的荷重，摩擦，振動(dòng)。高溫段也受到氧化鐵的侵蝕。
 均熱床通常用鎂磚或高鋁磚砌筑，或Al2O370%以上的熔鑄材料或摻Zr02的鋯鋁材。
 加熱段爐底工作襯層與預(yù)熱段相同，一般選用與邊墻相同或相近的材料，一般為粘土磚。有時(shí)候還可以用高鋁磚來加熱。爐底一般為實(shí)底。導(dǎo)軌為碳化硅或水冷管，或鑄鐵橫梁。

四.煙道
 煙道襯層一般是粘土磚或耐火澆注料砌塊，再加上粘土磚拱出，或蓋上耐火澆注料制成的蓋板。

反射爐耐火材料
 一、反射爐是由耐火磚與金屬骨架構(gòu)成，其熔煉操作過程中所用的粉煤或重油的高溫?zé)煔饧訜峄蛲瓿芍T如氧化還原等熔煉操作過程。
 反光爐現(xiàn)有類型：1.小型爐容量10~50噸，爐寬23米，長3~5m，長寬比1.5~3，熔池深度0.4~0.6m。在燃燒煤或塊煤時(shí)，在爐頭上設(shè)置一個(gè)燃燒室(或稱火倉)。燃燒室與熔池間砌筑了翻火墻，翻火墻高于熔池液面200~300mm。2.能力100~400t的大型精制反射爐。長度10~15m，寬3~5m。大反射爐不設(shè)燃燒室，直接用噴嘴燃燒粉煤、重油或天然氣。
 反射爐基本構(gòu)造反射爐是一種水平矩形爐體，由爐基.爐底.爐墻.爐頂及金屬支架組成。下面是反射爐的基本結(jié)構(gòu)。

反射爐工作原理用一段法處理雜銅熔煉，一般都是在固定的反射爐內(nèi)進(jìn)行，因此實(shí)際上反射爐既是熔煉又是精煉。而且和火法煉銅礦法原理一樣，不過，由于粗銅雜質(zhì)含量高，因此在操作上也有自己的特點(diǎn)，反射爐內(nèi)處理雜銅，整個(gè)精煉過程包括熔化.氧化.還原.除渣.澆注等作業(yè)。這個(gè)過程的核心是氧化和還原。在整個(gè)熔化過程中，氧化和還原的關(guān)鍵在于快速，將銅液中的雜質(zhì)完全去除，應(yīng)該努力加強(qiáng)氧化過程，使銅中Cu2O含量達(dá)到飽和狀態(tài)。其中的主要雜質(zhì)是：鐵。鎳.鋅.鉛.砷(Sb)等。

反射爐用耐火材料的破壞機(jī)理，是反映爐齡的一項(xiàng)重要指標(biāo)。銅爐內(nèi)壁在使用過程中受力而發(fā)生應(yīng)力，損壞的因素主要表現(xiàn)為：1.化學(xué)因素：1)熔體滲透造成的侵蝕；這些物質(zhì)主要來源于爐渣，也含有廢銅中的雜質(zhì)；2)由于銅中SO2氣體的擴(kuò)散而造成的侵蝕；3)氧壓力變化或低氧分壓造成的氧化還原作用；4)特殊情況，如用生精礦石或用爐襯重砌。2.熱學(xué)因素：1)由爐爐加熱和冶煉時(shí)因放熱反應(yīng)而確定的溫度值；2)由于裝料或爐子操作不正常而造成嚴(yán)重的間斷熱震；3)熔池中銅的滲入。3.機(jī)械因素：1)爐內(nèi)材料(例如金屬.廢銅.渣.爐料.充滿灰塵的廢氣等)運(yùn)動(dòng)造成的磨損.熔煉.熔煉.因還原而產(chǎn)生的磨損；2)裝填所產(chǎn)生的沖擊應(yīng)力；3)因爐襯施工不當(dāng)而產(chǎn)生的應(yīng)力。再次由于反射爐是一種室內(nèi)火焰爐，爐內(nèi)的熱量傳遞不僅依靠火焰的反射，更主要的是通過爐頂，爐壁和熾熱氣體的輻射傳熱，爐內(nèi)溫度為1800℃，熔池溫度為1350℃，因此對(duì)反射爐耐火材料的上述破壞機(jī)制要求反射爐耐火材料具有耐腐蝕性，耐熱震性和高耐壓強(qiáng)度。

反射爐各部分用耐火材料的爐頂：爐頂砌筑目前可分為拱頂和吊掛頂兩種形式。吊吊頂又分為簡易型吊吊爐的吊吊爐頂.壓梁式止推吊掛爐頂.豎桿式止推吊掛爐頂。爐頂厚度：一般在230~380mm之間；筋材磚厚度為380mm-460mm.拱頂砌筑采用硅質(zhì)耐火磚。吊頂采用鎂鋁耐火磚，但國外已有直接采用鎂鉻磚與磷酸鹽結(jié)合的鎂鉻磚。拱頂：采用硅質(zhì)耐火磚砌筑的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、用鋼量少、施工方便周期短。弊端：1。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不佳，在拱頂停爐時(shí)，需經(jīng)常注意調(diào)整拉桿的松度，勞動(dòng)強(qiáng)度大；2.爐頂壽命較短，一般使用壽命為3個(gè)月左右；3.爐頂在進(jìn)行熱修時(shí)，工作條件不好。用途：適用于反射爐，道路寬度小于5m。吊頂?shù)蹴敚翰捎面V鋁磚、高鋁耐火磚砌筑。優(yōu)勢：吊頂?shù)膬?yōu)點(diǎn)在于可以降低爐頂拱高度，有利于加強(qiáng)爐氣對(duì)爐料的傳熱，減輕了爐頂對(duì)頂爐墻的壓力，簡化了爐頂結(jié)構(gòu)，不會(huì)出現(xiàn)大面積坍塌，有利于延長爐齡。不利因素：1。成本高，鋼材用量大；

3、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝和調(diào)整操作不變，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)爐頂進(jìn)行清潔不便。用途：適用于大型熔銅反射爐冶煉。爐壁：大部分熔化反射爐內(nèi)墻使用鎂磚。部分重要部位如銅熔化爐燒嘴、扒渣口等，為延長使用壽命，均采用鉻鎂磚砌筑。保溫層通常是用粘土耐火磚砌筑。銅熔體反射爐壁砌筑方法：熔池上部熔池厚度一般在460~690mm之間。為延長爐墻使用壽命，熔池下部逐漸采用錯(cuò)層增厚的方法，爐壁厚可達(dá)900~1290mm，端壁下壁厚度可達(dá)10001400mm。針對(duì)周期工作的爐子由于爐溫波動(dòng)較大，為了提高爐墻的穩(wěn)定性，常將爐墻砌成弧形，防止?fàn)t墻在爐內(nèi)坍塌。爐壁構(gòu)造示意圖：在耐熱混凝土基礎(chǔ)上直接砌筑銅熔銅反射爐底?；鬁囟仍?50℃以上。爐的底部是整個(gè)燒結(jié)爐的底部，燒結(jié)爐底一般是由上下兩層構(gòu)成，總厚度一般在1100~1400mm之間。(115m)粘土耐火磚層(大約50mm)石棉板和石英砂(大約50mm)鎂鋁磚層(厚345~460mm)燒結(jié)層(厚200~500mm)。注：燒結(jié)層的材料，根據(jù)爐渣的成分的不同，可分別選用石英石和鎂鐵。扒渣口：在爐壁的另一邊或另一端開有扒渣口，400×400mm大小，在扒渣口下面的爐墻周圍形成了一個(gè)熔池。材料與爐墻材料相同。放銅口：熔池的側(cè)壁或端壁設(shè)放銅口，外放銅口為內(nèi)外兩層，內(nèi)層尺寸約為150×150mm，深為360~400mm，外壁是一個(gè)圓孔，約25~30mm，深200mm，銅放出口的外層是可拆卸式的，便于維修，整個(gè)放銅口可用鎂鉻磚砌筑。

反射爐的砌筑要求：
1.爐底及熔池砌筑1)爐底反拱耐火磚砌筑應(yīng)小于1~1.5mm。2)渣線以下的爐墻磚縫在1~1.5mm以內(nèi)，渣線以上的爐墻磚縫一般不超過1.5~2.5mm。3)熔池中的所有孔(例如渣漿口、金屬排放口等)都要按照一種砌體來濕砌。4)熔池反拱的側(cè)向膨脹縫，通常是按膨脹量留在反拱兩側(cè)。膨脹縫的形狀應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定，寬下窄為宜。反向拱形縱向膨脹縫可集中留在兩端，對(duì)長度較大的爐窯可分散放置(上面的反拱每三個(gè)耐火磚留一道，也就是每隔115mm*3=345mm設(shè)一膨脹縫，第二層反拱可分四塊留一道。
5)熔池砌體除平縫外，不得產(chǎn)生其它通縫。
6)爐底在砌鎂磚前，應(yīng)將填料層(毛爐底)干燥。
7)鎂磚反拱一般是干砌，砌筑完成后用鎂粉掃灌磚縫，或用桐油調(diào)細(xì)鎂粉掃灌，務(wù)求填磚縫。

2.爐頂砌筑1)爐頂一般為濕砌，磚縫厚度不超過2mm。在使用)干砌時(shí)(多用于吊頂)爐頂所有預(yù)留孔洞(如加料孔.儀表孔和測銅板孔等)的四周磚砌體采用濕砌。
2)冶金爐爐頂砌筑通常分環(huán)砌和錯(cuò)砌兩種。環(huán)形結(jié)構(gòu)施工比較簡單，維護(hù)方便，所以較小的跨度和吊掛爐頂都采用環(huán)砌。但是環(huán)砌拱頂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和氣密性差，因此爐膛跨度大的情況下通常采用錯(cuò)砌。
1).小反光爐在爐頂上用膨脹縫砌成縱縫，其爐頂縱裂縫一般集中在爐頂兩端，以及爐頂水平拱與斜拱的交接處。大口徑反射式爐頂縱向膨脹縫有集中式和分散式兩種。集中式保留法就是根據(jù)爐溫分布情況，將爐頂分成若干段，使各內(nèi)爐頂砌體脹脹集中在一條膨脹縫中。高溫區(qū)拱段的長度通常是2~3毫米，低溫區(qū)拱段的長度通常是4~5mm，兩拱段間的擴(kuò)張縫寬度一般在20~40mm。為了避免開爐時(shí)的爐氣從膨脹縫中冒出，在爐頂直通膨脹縫上蓋一層耐火磚。集中式直埋伸縮縫的優(yōu)點(diǎn)在于施工方便，但脹合不佳，影響了爐頂?shù)臍饷?，也是爐頂首先損壞的部位之一。分散式預(yù)留即每隔1~2塊磚留出2~4毫米的膨脹縫(夾緊紙板)。分散型的膨脹縫脹合較好，提高了爐頂氣密性，但施工難度大。
2)爐頂橫向膨脹縫預(yù)留式反射爐磚拱頂，在一般情況下不留橫向膨脹縫，而橫向膨脹是通過松緊拉桿調(diào)整的，所以拉桿的螺紋長度應(yīng)該留有一定的空間，以適應(yīng)調(diào)整拉桿的需要。大型反射爐頂部懸掛式，爐頂預(yù)留一個(gè)“輻射形”膨脹縫，兩個(gè)耐火磚之間夾入紙板。

3.爐膛上拉桿與爐頂磚砌體間的距離應(yīng)小于0.4mm。2)電爐土建基面高應(yīng)避免產(chǎn)生正向誤差。地基側(cè)面應(yīng)平整，便于安裝立柱。
 為提高爐子的使用壽命，應(yīng)根據(jù)爐內(nèi)局部損壞程度，合理選用耐火材料。