耐火材料在加熱爐、反射爐的應用

加熱爐和反射爐是高溫設備，內襯砌筑離不開耐火材料，反射爐是將爐內物料進行加熱或完成氧化、還原等熔煉作業過程的一種傳統設備。
 

大連續加熱爐是用來加熱鋼坯的高溫爐，品種很多，但爐體結構均由爐頂、爐壁、爐底、煙道、熱交換器等幾部分組成。按照連續式加熱爐的加熱制度，加熱爐可分為800~900℃預熱段(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，多為拱形結構。大的現代加熱爐采用懸掛式平頂結構。加熱爐的爐頂是一個薄弱環節，它的壽命是爐子壽命的標志。
 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。只有高溫重點部位使用高鋁磚或磷酸鹽高鋁型澆注料等高鋁耐火材料?；馉t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力和氣體侵蝕，有時會被拱起坯體撞擊，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?，F代化大型加熱爐的側壁工作襯板可以使用高鋁磚，非工作層是粘土磚，外加輕質磚絕熱層。為了節省投資，可以根據溫度的高低選擇耐火材料分段。
 近幾年來，全世界普遍推廣應用耐火澆注料和可塑爐襯，其使用壽命高，節能效果好。

三.爐底
 爐底受熱鋼總有效面積。加熱爐底部包括均熱床，預熱段與加熱段的滑軌支撐結構。要承受坯料的荷重，摩擦，振動。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。有時候還可以用高鋁磚來加熱。爐底一般為實底。導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成，其熔煉操作過程中所用的粉煤或重油的高溫煙氣加熱或完成諸如氧化還原等熔煉操作過程。
 反光爐現有類型：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，在爐頭上設置一個燃燒室(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。大反射爐不設燃燒室，直接用噴嘴燃燒粉煤、重油或天然氣。
 反射爐基本構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構。

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進行，因此實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，由于粗銅雜質含量高，因此在操作上也有自己的特點，反射爐內處理雜銅，整個精煉過程包括熔化.氧化.還原.除渣.澆注等作業。這個過程的核心是氧化和還原。在整個熔化過程中，氧化和還原的關鍵在于快速，將銅液中的雜質完全去除，應該努力加強氧化過程，使銅中Cu2O含量達到飽和狀態。其中的主要雜質是：鐵。鎳.鋅.鉛.砷(Sb)等。

反射爐用耐火材料的破壞機理，是反映爐齡的一項重要指標。銅爐內壁在使用過程中受力而發生應力，損壞的因素主要表現為：1.化學因素：1)熔體滲透造成的侵蝕；這些物質主要來源于爐渣，也含有廢銅中的雜質；2)由于銅中SO2氣體的擴散而造成的侵蝕；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.熱學因素：1)由爐爐加熱和冶煉時因放熱反應而確定的溫度值；2)由于裝料或爐子操作不正常而造成嚴重的間斷熱震；3)熔池中銅的滲入。3.機械因素：1)爐內材料(例如金屬.廢銅.渣.爐料.充滿灰塵的廢氣等)運動造成的磨損.熔煉.熔煉.因還原而產生的磨損；2)裝填所產生的沖擊應力；3)因爐襯施工不當而產生的應力。再次由于反射爐是一種室內火焰爐，爐內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，爐內溫度為1800℃，熔池溫度為1350℃，因此對反射爐耐火材料的上述破壞機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合的鎂鉻磚。拱頂：采用硅質耐火磚砌筑的優點：結構簡單、用鋼量少、施工方便周期短。弊端：1。結構穩定性不佳，在拱頂停爐時，需經常注意調整拉桿的松度，勞動強度大；2.爐頂壽命較短，一般使用壽命為3個月左右；3.爐頂在進行熱修時，工作條件不好。用途：適用于反射爐，道路寬度小于5m。吊頂吊頂：采用鎂鋁磚、高鋁耐火磚砌筑。優勢：吊頂的優點在于可以降低爐頂拱高度，有利于加強爐氣對爐料的傳熱，減輕了爐頂對頂爐墻的壓力，簡化了爐頂結構，不會出現大面積坍塌，有利于延長爐齡。不利因素：1。成本高，鋼材用量大；

3、結構復雜，安裝和調整操作不變，勞動強度大，對爐頂進行清潔不便。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層增厚的方法，爐壁厚可達900~1290mm，端壁下壁厚度可達10001400mm。針對周期工作的爐子由于爐溫波動較大，為了提高爐墻的穩定性，常將爐墻砌成弧形，防止爐墻在爐內坍塌。爐壁構造示意圖：在耐熱混凝土基礎上直接砌筑銅熔銅反射爐底?；鬁囟仍?50℃以上。爐的底部是整個燒結爐的底部，燒結爐底一般是由上下兩層構成，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)燒結層(厚200~500mm)。注：燒結層的材料，根據爐渣的成分的不同，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熔池。材料與爐墻材料相同。放銅口：熔池的側壁或端壁設放銅口，外放銅口為內外兩層，內層尺寸約為150×150mm，深為360~400mm，外壁是一個圓孔，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小于1~1.5mm。2)渣線以下的爐墻磚縫在1~1.5mm以內，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)熔池反拱的側向膨脹縫，通常是按膨脹量留在反拱兩側。膨脹縫的形狀應根據實際情況而定，寬下窄為宜。反向拱形縱向膨脹縫可集中留在兩端，對長度較大的爐窯可分散放置(上面的反拱每三個耐火磚留一道，也就是每隔115mm*3=345mm設一膨脹縫，第二層反拱可分四塊留一道。
5)熔池砌體除平縫外，不得產生其它通縫。
6)爐底在砌鎂磚前，應將填料層(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，或用桐油調細鎂粉掃灌，務求填磚縫。

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(多用于吊頂)爐頂所有預留孔洞(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砌和錯砌兩種。環形結構施工比較簡單，維護方便，所以較小的跨度和吊掛爐頂都采用環砌。但是環砌拱頂結構強度和氣密性差，因此爐膛跨度大的情況下通常采用錯砌。
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爐溫分布情況，將爐頂分成若干段，使各內爐頂砌體脹脹集中在一條膨脹縫中。高溫區拱段的長度通常是2~3毫米，低溫區拱段的長度通常是4~5mm，兩拱段間的擴張縫寬度一般在20~40mm。為了避免開爐時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點在于施工方便，但脹合不佳，影響了爐頂的氣密，也是爐頂首先損壞的部位之一。分散式預留即每隔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整的，所以拉桿的螺紋長度應該留有一定的空間，以適應調整拉桿的需要。大型反射爐頂部懸掛式，爐頂預留一個“輻射形”膨脹縫，兩個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小于0.4mm。2)電爐土建基面高應避免產生正向誤差。地基側面應平整，便于安裝立柱。
 為提高爐子的使用壽命，應根據爐內局部損壞程度，合理選用耐火材料。