耐火材料在加热炉、反射炉的应用

加热炉和反射炉是高温设备，内衬砌筑离不开耐火材料，反射炉是将炉内物料进行加热或完成氧化、还原等熔炼作业过程的一种传统设备。
 

大连续加热炉是用来加热钢坯的高温炉，品种很多，但炉体结构均由炉顶、炉壁、炉底、烟道、热交换器等几部分组成。按照连续式加热炉的加热制度，加热炉可分为800~900℃预热段(1100~1400℃)，均热段(1100~1400℃)。不同的分段工作温度所用的耐火材料也存在差异。

加热炉用耐火材料
 一．炉顶
 中、小型加热炉的炉顶，多为拱形结构。大的现代加热炉采用悬挂式平顶结构。加热炉的炉顶是一个薄弱环节，它的寿命是炉子寿命的标志。
 炉膛的温度为1400℃左右，故多采用粘土耐火材料制成，既可用粘土砖砌成，也可用浇注料或塑料制成整体炉顶。只有高温重点部位使用高铝砖或磷酸盐高铝型浇注料等高铝耐火材料。火炉顶部的寿命一般为10年。为降低散失，即在炉顶上铺一层隔热材料。火炉顶反拱部位主要受热应力和气体侵蚀，有时会被拱起坯体撞击，一般采用吊挂砖顶、耐火浇注料或可塑料制品。

二.炉墙
 炉壁分为边壁和端壁。边墙的工作衬层主要是粘土砖，非工作层主要是耐火砖。现代化大型加热炉的侧壁工作衬板可以使用高铝砖，非工作层是粘土砖，外加轻质砖绝热层。为了节省投资，可以根据温度的高低选择耐火材料分段。
 近几年来，全世界普遍推广应用耐火浇注料和可塑炉衬，其使用寿命高，节能效果好。

三.炉底
 炉底受热钢总有效面积。加热炉底部包括均热床，预热段与加热段的滑轨支撑结构。要承受坯料的荷重，摩擦，振动。高温段也受到氧化铁的侵蚀。
 均热床通常用镁砖或高铝砖砌筑，或Al2O370%以上的熔铸材料或掺Zr02的锆铝材。
 加热段炉底工作衬层与预热段相同，一般选用与边墙相同或相近的材料，一般为粘土砖。有时候还可以用高铝砖来加热。炉底一般为实底。导轨为碳化硅或水冷管，或铸铁横梁。

四.烟道
 烟道衬层一般是粘土砖或耐火浇注料砌块，再加上粘土砖拱出，或盖上耐火浇注料制成的盖板。

反射炉耐火材料
 一、反射炉是由耐火砖与金属骨架构成，其熔炼操作过程中所用的粉煤或重油的高温烟气加热或完成诸如氧化还原等熔炼操作过程。
 反光炉现有类型：1.小型炉容量10~50吨，炉宽23米，长3~5m，长宽比1.5~3，熔池深度0.4~0.6m。在燃烧煤或块煤时，在炉头上设置一个燃烧室(或称火仓)。燃烧室与熔池间砌筑了翻火墙，翻火墙高于熔池液面200~300mm。2.能力100~400t的大型精制反射炉。长度10~15m，宽3~5m。大反射炉不设燃烧室，直接用喷嘴燃烧粉煤、重油或天然气。
 反射炉基本构造反射炉是一种水平矩形炉体，由炉基.炉底.炉墙.炉顶及金属支架组成。下面是反射炉的基本结构。

反射炉工作原理用一段法处理杂铜熔炼，一般都是在固定的反射炉内进行，因此实际上反射炉既是熔炼又是精炼。而且和火法炼铜矿法原理一样，不过，由于粗铜杂质含量高，因此在操作上也有自己的特点，反射炉内处理杂铜，整个精炼过程包括熔化.氧化.还原.除渣.浇注等作业。这个过程的核心是氧化和还原。在整个熔化过程中，氧化和还原的关键在于快速，将铜液中的杂质完全去除，应该努力加强氧化过程，使铜中Cu2O含量达到饱和状态。其中的主要杂质是：铁。镍.锌.铅.砷(Sb)等。

反射炉用耐火材料的破坏机理，是反映炉龄的一项重要指标。铜炉内壁在使用过程中受力而发生应力，损坏的因素主要表现为：1.化学因素：1)熔体渗透造成的侵蚀；这些物质主要来源于炉渣，也含有废铜中的杂质；2)由于铜中SO2气体的扩散而造成的侵蚀；3)氧压力变化或低氧分压造成的氧化还原作用；4)特殊情况，如用生精矿石或用炉衬重砌。2.热学因素：1)由炉炉加热和冶炼时因放热反应而确定的温度值；2)由于装料或炉子操作不正常而造成严重的间断热震；3)熔池中铜的渗入。3.机械因素：1)炉内材料(例如金属.废铜.渣.炉料.充满灰尘的废气等)运动造成的磨损.熔炼.熔炼.因还原而产生的磨损；2)装填所产生的冲击应力；3)因炉衬施工不当而产生的应力。再次由于反射炉是一种室内火焰炉，炉内的热量传递不仅依靠火焰的反射，更主要的是通过炉顶，炉壁和炽热气体的辐射传热，炉内温度为1800℃，熔池温度为1350℃，因此对反射炉耐火材料的上述破坏机制要求反射炉耐火材料具有耐腐蚀性，耐热震性和高耐压强度。

反射炉各部分用耐火材料的炉顶：炉顶砌筑目前可分为拱顶和吊挂顶两种形式。吊吊顶又分为简易型吊吊炉的吊吊炉顶.压梁式止推吊挂炉顶.竖杆式止推吊挂炉顶。炉顶厚度：一般在230~380mm之间；筋材砖厚度为380mm-460mm.拱顶砌筑采用硅质耐火砖。吊顶采用镁铝耐火砖，但国外已有直接采用镁铬砖与磷酸盐结合的镁铬砖。拱顶：采用硅质耐火砖砌筑的优点：结构简单、用钢量少、施工方便周期短。弊端：1。结构稳定性不佳，在拱顶停炉时，需经常注意调整拉杆的松度，劳动强度大；2.炉顶寿命较短，一般使用寿命为3个月左右；3.炉顶在进行热修时，工作条件不好。用途：适用于反射炉，道路宽度小于5m。吊顶吊顶：采用镁铝砖、高铝耐火砖砌筑。优势：吊顶的优点在于可以降低炉顶拱高度，有利于加强炉气对炉料的传热，减轻了炉顶对顶炉墙的压力，简化了炉顶结构，不会出现大面积坍塌，有利于延长炉龄。不利因素：1。成本高，钢材用量大；

3、结构复杂，安装和调整操作不变，劳动强度大，对炉顶进行清洁不便。用途：适用于大型熔铜反射炉冶炼。炉壁：大部分熔化反射炉内墙使用镁砖。部分重要部位如铜熔化炉烧嘴、扒渣口等，为延长使用寿命，均采用铬镁砖砌筑。保温层通常是用粘土耐火砖砌筑。铜熔体反射炉壁砌筑方法：熔池上部熔池厚度一般在460~690mm之间。为延长炉墙使用寿命，熔池下部逐渐采用错层增厚的方法，炉壁厚可达900~1290mm，端壁下壁厚度可达10001400mm。针对周期工作的炉子由于炉温波动较大，为了提高炉墙的稳定性，常将炉墙砌成弧形，防止炉墙在炉内坍塌。炉壁构造示意图：在耐热混凝土基础上直接砌筑铜熔铜反射炉底。基座要求温度在850℃以上。炉的底部是整个烧结炉的底部，烧结炉底一般是由上下两层构成，总厚度一般在1100~1400mm之间。(115m)粘土耐火砖层(大约50mm)石棉板和石英砂(大约50mm)镁铝砖层(厚345~460mm)烧结层(厚200~500mm)。注：烧结层的材料，根据炉渣的成分的不同，可分别选用石英石和镁铁。扒渣口：在炉壁的另一边或另一端开有扒渣口，400×400mm大小，在扒渣口下面的炉墙周围形成了一个熔池。材料与炉墙材料相同。放铜口：熔池的侧壁或端壁设放铜口，外放铜口为内外两层，内层尺寸约为150×150mm，深为360~400mm，外壁是一个圆孔，约25~30mm，深200mm，铜放出口的外层是可拆卸式的，便于维修，整个放铜口可用镁铬砖砌筑。

反射炉的砌筑要求：
1.炉底及熔池砌筑1)炉底反拱耐火砖砌筑应小于1~1.5mm。2)渣线以下的炉墙砖缝在1~1.5mm以内，渣线以上的炉墙砖缝一般不超过1.5~2.5mm。3)熔池中的所有孔(例如渣浆口、金属排放口等)都要按照一种砌体来湿砌。4)熔池反拱的侧向膨胀缝，通常是按膨胀量留在反拱两侧。膨胀缝的形状应根据实际情况而定，宽下窄为宜。反向拱形纵向膨胀缝可集中留在两端，对长度较大的炉窑可分散放置(上面的反拱每三个耐火砖留一道，也就是每隔115mm*3=345mm设一膨胀缝，第二层反拱可分四块留一道。
5)熔池砌体除平缝外，不得产生其它通缝。
6)炉底在砌镁砖前，应将填料层(毛炉底)干燥。
7)镁砖反拱一般是干砌，砌筑完成后用镁粉扫灌砖缝，或用桐油调细镁粉扫灌，务求填砖缝。

2.炉顶砌筑1)炉顶一般为湿砌，砖缝厚度不超过2mm。在使用)干砌时(多用于吊顶)炉顶所有预留孔洞(如加料孔.仪表孔和测铜板孔等)的四周砖砌体采用湿砌。
2)冶金炉炉顶砌筑通常分环砌和错砌两种。环形结构施工比较简单，维护方便，所以较小的跨度和吊挂炉顶都采用环砌。但是环砌拱顶结构强度和气密性差，因此炉膛跨度大的情况下通常采用错砌。
1).小反光炉在炉顶上用膨胀缝砌成纵缝，其炉顶纵裂缝一般集中在炉顶两端，以及炉顶水平拱与斜拱的交接处。大口径反射式炉顶纵向膨胀缝有集中式和分散式两种。集中式保留法就是根据炉温分布情况，将炉顶分成若干段，使各内炉顶砌体胀胀集中在一条膨胀缝中。高温区拱段的长度通常是2~3毫米，低温区拱段的长度通常是4~5mm，两拱段间的扩张缝宽度一般在20~40mm。为了避免开炉时的炉气从膨胀缝中冒出，在炉顶直通膨胀缝上盖一层耐火砖。集中式直埋伸缩缝的优点在于施工方便，但胀合不佳，影响了炉顶的气密，也是炉顶首先损坏的部位之一。分散式预留即每隔1~2块砖留出2~4毫米的膨胀缝(夹紧纸板)。分散型的膨胀缝胀合较好，提高了炉顶气密性，但施工难度大。
2)炉顶横向膨胀缝预留式反射炉砖拱顶，在一般情况下不留横向膨胀缝，而横向膨胀是通过松紧拉杆调整的，所以拉杆的螺纹长度应该留有一定的空间，以适应调整拉杆的需要。大型反射炉顶部悬挂式，炉顶预留一个“辐射形”膨胀缝，两个耐火砖之间夹入纸板。

3.炉膛上拉杆与炉顶砖砌体间的距离应小于0.4mm。2)电炉土建基面高应避免产生正向误差。地基侧面应平整，便于安装立柱。
 为提高炉子的使用寿命，应根据炉内局部损坏程度，合理选用耐火材料。