焦炉用耐火材料：焦炉用耐火材料及主要性能

焦炉用耐火材料：焦炉用耐火材料及主要性能（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。二、焦炉用耐火材料的主要性能（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。

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