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气氛与轻质隔热耐火材料的应用

时间:2019-02-26     作者:凯瑞得窑炉【原创】   阅读

   

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    近年来,越来越多的轻质隔热耐火材料直接用作各种加热窑炉的工作内衬。另外,有许多热处理炉和烧结炉,为提高产品的质量和满足工艺过程的要求,常常应用各种保护气氛,如CO,CO2和H2等。不言而喻,气氛对隔热耐火材料的使用会有很大的影响,其中氢气对隔热耐火材料的影响最大。

    金属氧化物(MO)在氢气中加热时存在化学平衡关系,当水蒸气的含量低于化学平衡的含量时,金属氧化物将被氢还原成金属,金属氧化物处于不稳定状态。相反,当水蒸气的含量超过化学平衡的含量时,金属将被氧化生成氧化物,金属氧化物处于稳定状态。例如,Cr2O3在732℃下氢气中加热时,若气氛的露点低于-62℃时,Cr2O3将被氢气还原成金属铬,即Cr2O3处于不稳定状态。

    在一般的轻质隔热耐火材料中,SiO2和Al2O3为主要成分,还含有一些Fe2O3,TiO2,CaO和MgO等杂质。在热处理炉中,为了防止金属工件被氧化,常常利用氢气等气氛控制热处理过程。但是,从耐火材料炉衬的使用方面来考虑,耐火材料中的组分可能被还原,从而破坏材料的组织结构,使炉衬材料变质损毁,例如,在1260℃下,当气氛的露点低于-57℃时,耐火材料中的SiO2将被还原成金属硅和生成水蒸气。Al2O3在氢气中很稳定,在1649℃下和露点为-37.8℃的氢气气氛中也不易被还原,仍然保持稳定状态。由此可以得出,在还原性气氛条件下使用的炉衬材料,最好选用以氧化铝为主要成分的材料或纯氧化铝材料。从几种隔热耐火材料的稳定范围来看,钙长石轻质隔热材料和含钙高铝材料的抗还原性气氛的能力也较强。

    在一般轻质隔热耐火材料中,常常还含有一些杂质,如Fe2O3,TiO2,CaO和MgO等。Fe2O3和FeO在约300℃下很容易逐渐被还原成金属铁。TiO2的还原温度高些,可逐渐被还原:TiO2→Ti3O5→Ti2O3 →TiO→Ti。铁和钛的氧化物在炉内气氛作用下发生的氧化一还原反应为可逆反应,当气氛的露点和温度发生改变时,可导致氧化一还原反应反复进行,由于体积变化可使材料的组织结构崩溃。由此又可进一步得出,用于还原气氛中的耐火材料炉衬的杂质含量应低,特别是Fe2O3含量应尽可能低的材料。

轻质莫来石砖.jpg

     此外,在普通硅酸铝耐火纤维中,为了阻止耐火纤维材料在使用过程中的析晶过程和提高耐火纤维的使用温度,在熔吹纤维时加入4% Cr2O3。但从材料的稳定性来看,Cr2O3在氢气气氛中易被还原,因而含Cr2O3硅酸铝耐火纤维的材料不宜用作还原性气氛内衬材料。

    最后还应指出,气氛对隔热保温材料的热导率有一定的影响,为了防止热导率高的氢气扩散渗入气孔中造成隔热性能降低,在氢气气氛中使用的隔热保温耐火材料最好选用封闭气孔结构型轻质材料,如耐火氧化物空心球制品。



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