焦炉用耐火材料及主要性能有哪些(焦炉耐火材料有哪些)

在生活中，很多人可能想了解和弄清楚焦炉用耐火材料及主要性能的相关问题？那么关于焦炉用耐火材料及主要性能有哪些的答案我来给大家详细解答下。

焦炉是连续生产的大型工业窑炉，一座焦炉要连续生产几十年。目前，焦炉上使用的耐火材料主要有硅砖、粘土砖和高铝砖等。焦炉用耐火材料的耐火度在1580℃以上。根据工艺需要和操作要求，焦炉上不同部位所用的耐火材料也不一样。

一、焦炉对耐火材料性能的要求

（1）在焦炉生产的高温条件下，能承受一定的压力和机械负荷而不变形，保持一定的体积稳定。

（2）在高温下有较好的导热性能。

（3）在生产条件下能适应温度正常变化而不破损。

（4）能抵抗灰渣和煤高温干馏的化学侵蚀作用。

（5）具有一定的耐磨性。

二、焦炉用耐火材料的主要性能

（1）气孔率 耐火制品中的气孔包括开口气孔与闭口气孔。气孔率一般是指与大气相通的显气孔的体积与制品总体积的百分比，又叫做显气孔率。制品的气孔率较小，导热性能越好，耐压强度越高，但抗急冷急热性能较差。

（2）体积密度与真密度体积密度是包括全部气孔在内的每立方米砖的质量数，而计算真密度时的砖样体积只包括岩石部位。由于不同晶形石英的真密度是不一样的，因此，通过砖的真密度可了解其烧成情况。烧成较好的硅砖，真密度较小。

（3）常温耐压强度制品在常温下单位面积所能承受的最大压力，叫做常温耐压强度。结构均匀致密，烧成良好的制品，具有较高的常温耐压强度。

（4）热膨胀性 通常用一定温度范围内的平均线膨胀率来表示。

（5）导热性指耐火制品传递热量的性能。用导热系数表示，其单位为W/（m.℃）气孔率低、结构致密的砖，导热性能好。硅砖与粘土砖等大多数耐火制品的导热系数，随着温度升高而增大，但也有少数耐火制品（如镁砖和碳化硅）的导热系数，反而随着温度升高而减小。

（6）耐火度 耐火度表示耐火制品在高温下抵抗软化（熔化）的性能，指耐火锥试样顶部弯倒并接触到底盘侧面时的温度。

（7）荷重软化温度表示耐火制品在一定负荷下抵抗温度的能力。荷重软化温度是试样0.2MPa压力下，以一定的升温速度加热，随着温度的升高，试样不断产生变形，当试样的最大高度降低0.6%时的温度，即为荷重软化温度。它与耐火制品的化学生质、结晶构造特征、玻璃相在一定温度下的粘度、晶相与玻璃相的相对比例、烧成温度以及粒度组成有关。

（8）高温体积稳定性 表示耐火制品在高温下长期使用时，体积发生不可逆变化的性能，通常以残余膨胀（或收缩）来表示耐火制品的体积稳定性。其具体指标是：耐火制品在一定温度下，加热一定时间，自然冷却后，测量其体积变化，该值与原体积的百分比，称为残余膨胀（或残余收缩）。

（9）热稳定性 耐火制品抵抗温度急变而不损坏的能力。测试方法是将试样的一半放入加热炉中，另一半在炉外，加热至850℃时保温40分钟，而后放入流动的冷却水槽中急冷，如此反复进行，当其损坏脱落部分的质量为原试样质量20%时的急冷急热次数。它与制品的膨胀系数大小，制品内部温度分布的不均匀性，制品的形状及尺寸都有密切关系。

（10）抗侵蚀性 耐火制品在高温下抵抗熔渣、炉料分解产物的化学及物理作用的性能。影响抗侵蚀的主要因素是：制品与熔渣的化学组成、工作温度、炉料分解产物的性质以及制品的致密度等。

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（Al2O3·2SiO2·2H2O）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（3Al2O3·2SiO2）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。

粘土砖的耐火度与硅砖不相上下，高达1690~1730℃，但荷重软化温度却比硅砖低200℃以上。因为粘土砖中除含有高耐火度的莫来石结晶外，还含有接近一半的低熔点非晶质玻璃相。

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。

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、废耐火砖、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/m.·h·℃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。

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。

温馨提示：通过以上关于焦炉用耐火材料及主要性能内容介绍后，相信大家有新的了解，更希望可以对你有所帮助。