1、熱處理設(shè)備,北華航天工業(yè)學(xué)院 金屬材料工程教研室,00:51:33,2,內(nèi) 容：,重 點：,要 求：,爐用耐火材料、保溫材料、耐熱金屬材料,各種筑爐材料的性能和用途；,通過本次課的學(xué)習(xí)，在了解各種筑爐材料性能特點的基礎(chǔ)上，能正確的選用。,第二章 熱處理設(shè)備常用材料,00:51:33,3,耐火材料的性能可以分為物理性能和工作性能。 物理性能：體積密度，真比重，氣孔率，吸水率，透氣性，耐壓強度，熱膨脹性熱性，導(dǎo)電性，熱容量等。 工作性能：耐火度，高溫結(jié)構(gòu)強度，化學(xué)穩(wěn)定性，體積穩(wěn)定性，耐急冷急熱性等。,21 耐火材料,凡是能夠抵抗高溫并承受在高溫下所產(chǎn)生的物理、化學(xué)作用的材料，統(tǒng)稱為耐火材料。,一、

2、耐火材料的性能,1耐火度,耐火度是耐火材料抵抗高溫作用的性能，表示材料受熱后軟化到一定程度時的溫度。,00:51:33,4,按耐火度的不同，可將耐火材料分為： (1)普通耐火材料：耐火度為15801770； (2)高級耐火材料：耐火度為17702000； (3) 特級耐火材料：耐火度為2000以上。 耐火材料的耐火度主要決定于成分，它不是熔 點，也不是實際使用溫度。見下表3-1,表31耐火材料的耐火度和使用溫度,00:51:33,5,荷重軟化點 是作為評定耐火材料高溫結(jié)構(gòu)強度的指標(biāo)。荷重軟化點是指在固定的壓力下，耐火材料開始變形及變形到一定程度時的溫度。見表3-2 在這個壓力下按一定的加熱速度

3、升溫，測出試樣開始變形的溫度稱為荷重軟化開始點；試樣壓縮變形達(dá)4 、40%的溫度，稱為荷重軟化4或40%的軟化點。一般情況下耐火材料的使用溫度應(yīng)低于荷重軟化點。,2高溫結(jié)構(gòu)強度 荷重軟化點,00:51:33,6,表32耐火材料荷重軟化點,00:51:33,7,3高溫下的化學(xué)穩(wěn)定性,它是指耐火材料在高溫下抵抗熔渣、熔鹽、電熱體、爐內(nèi)氣氛等的化學(xué)作用和物理作用的性能。表3-3列舉出熔劑和氣氛對一些耐火材料的影響。,4耐急冷急熱性（熱震穩(wěn)定性）,看表,它是耐火磚熱穩(wěn)定性的指標(biāo)，它表示制品抵抗溫度急劇變化而不損壞的性質(zhì)。 耐急冷急熱性和耐火制品的物理性能、形狀大小等因素有關(guān)。測定時將耐火制品加熱到85

4、0,然后放入流動的冷水中冷卻，反復(fù)進(jìn)行直至破碎至其重量損失20%時的次數(shù)。該次數(shù)做為耐火制品的耐急冷急熱性的指標(biāo)。,00:51:33,8,5.在高溫下體積穩(wěn)定性,常用耐火制品的耐急冷急熱性指標(biāo)如下表,表34耐火制品耐急冷急熱性次數(shù),耐火材料(磚)在高溫下長期使用時，其相成分會繼續(xù)變化，產(chǎn)生再結(jié)晶和進(jìn)一步燒結(jié)現(xiàn)象，因此耐火磚體積會發(fā)生收縮或膨脹。這種收縮(或膨脹)是不可逆的，稱做殘余收縮(或膨脹)，又稱重?zé)湛s(或膨脹)。若體積變化過大，會使?fàn)t體變形，砌體強度和壽命受到影響，嚴(yán)重時會造成砌體損壞。,00:51:33,9,熱處理爐常用耐火材料有：粘土磚、高鋁磚、輕質(zhì)耐火粘土磚、硅酸鋁耐火纖維和耐火

5、混凝土、耐火涂料等。,粘土磚的主要成分是：30%48A12，50%60%SiO2，其余為各種金屬氧化物等。屬弱酸性，荷重軟化點為1350，耐急冷急熱性好，原料來源廣泛，,1耐火粘土磚,二、常用耐火材料,特別在砌筑拱頂時更應(yīng)注意不要采用殘余變形過大的耐火磚。一般要求各種耐火制品的殘余脹縮不超過0.51.0%。粘土磚和高鋁磚的重?zé)€收縮為0.51%(1350)，硅磚的重?zé)€膨脹為0.8%。,00:51:33,10,一般黏土磚,硅 質(zhì) 耐 火 材 料,輕質(zhì)制品,是最常用的耐火材料?？捎糜谄鲋t頂、爐底、爐墻及燃燒室等。(使用溫度：13001400）。鐵鉻鋁電熱體合金與粘土磚有化學(xué)反應(yīng)，使用粘土磚會使

6、鐵鉻鋁合金受腐蝕。粘土磚在控制氣氛中易受CO、 H2的侵蝕而損壞。,00:51:33,11,00:51:33,12,高鋁磚中含AL2O3大于48%，其余主要是SiO2，雜質(zhì)很少。隨AL2O3含量的增加，顏色變淺。當(dāng)AL2O3大于85%，變?yōu)榘咨?，叫白剛玉。其耐火度和高溫結(jié)構(gòu)強度都高于粘土磚，屬中性，化學(xué)穩(wěn)定性好，多用于高溫?zé)崽幚頎t及電阻絲或電阻帶的擱磚、熱電偶導(dǎo)管、馬弗爐的爐芯等。（使用溫度：1500 左右，也有說 16501670）,2高鋁磚,輕質(zhì)耐火磚一般是粘土磚，也有高鋁磚。其成分與一般粘土磚和高鋁磚相同，但因制造方法不同，其氣孔率很高，體積密度很小，輕質(zhì)粘土磚為0.41.3g/cm3，

7、超輕質(zhì),3輕質(zhì)耐火磚與超輕質(zhì)耐火磚,00:51:33,13,粘土磚可小于0.3 g/cm3 (一般粘土磚為2.1 2.2 g/cm3)，因此保溫性好(傳熱損失小).,00:51:33,14,3.輕質(zhì)楔形磚及斜角楔形磚,00:51:33,15,00:51:33,16,00:51:33,17,00:51:33,18,輕質(zhì)磚與超輕質(zhì)磚熱容量小(爐子的蓄熱損失小)但是，高溫強度低，高溫化學(xué)穩(wěn)定性差。宜用做爐墻和爐頂。在高溫結(jié)構(gòu)強度和耐火度滿足要求的情況下，應(yīng)盡可能選用輕質(zhì)粘土磚。（使用溫度：11501400）,碳化硅耐火制品主要化學(xué)成分是SiO2，其耐火度高，高溫結(jié)構(gòu)強度高，抗磨性、耐急熱性好，導(dǎo)熱性

8、及導(dǎo)電性好。根據(jù)其制造工藝的不同，可用作高溫爐的電熱元件、馬弗爐的馬弗罐、高溫爐的爐底板等。 (保守1350左右).,4碳化硅耐火制品,00:51:33,19,耐 火 纖 維 制 品,是一種新型的耐火材料。特點：耐火，保溫，體積密度小，熱導(dǎo)率小，比熱容小，耐急冷急熱性好。根據(jù)原料不同分類：硅酸鋁、石英、氧化鋁和石墨耐火纖維等。產(chǎn)品：纖維氈、纖維板、纖維磚、纖維繩等。,5耐火纖維,00:51:33,20,纖維氈可用機(jī)械固定或粘結(jié)劑粘貼固定于爐墻上，也可制成預(yù)制塊或預(yù)制板或夾于兩層耐火材料中間使用。 常用玻璃質(zhì)硅酸鋁耐火纖維為非晶質(zhì)，包括普通硅酸鋁纖維、高純硅酸鋁纖維、含鉻硅酸鋁纖維，長期使用溫度

9、為1000 1200，在溫度為10001090范圍內(nèi)，其比熱容基本相同，為0.81.1kJ/（kg）。 晶質(zhì)耐火纖維主要有多晶質(zhì)莫來石纖維(72%74A1203),最佳使用溫度1300；多晶氧化鋁纖維(95% Al)長期使用溫度1400，最高使用溫度1600。一般熱處理爐用硅酸鋁纖維，真空爐、熱壓爐和氣氛爐使用石墨纖維。 耐火纖維的缺點是受制造工藝和設(shè)備的限制，某些氣氛對耐火纖維有腐蝕作用，影響了它的使用范圍。,00:51:33,21,莫來石系列制品,莫來石系列制品,莫來石,00:51:33,22,耐火混凝土是以一定粒度的礬土熟料為骨料，細(xì)粉狀礬土熟料為摻合料加水，按一定比例混合，用水泥膠結(jié)、

10、成型、硬化后得到的耐火材料。 其優(yōu)點: 可以澆搗成整體爐襯，便于制造復(fù)雜構(gòu)件，修爐和砌爐的速度快，爐子壽命長，成本低。 缺點: 耐火度低于耐火磚。 根據(jù)所用的膠結(jié)材料(水泥)不同，耐火混凝土可分為硅酸鹽耐火混凝土、鋁酸鹽耐火混凝土、磷酸鹽耐火混凝土和水玻璃耐火混凝土等。熱處理常用鋁酸鹽耐火混凝土和磷酸鹽耐火混凝土。 （使用溫度：6001100）,6耐火混凝土,00:51:33,23,它是氧化鋯加水調(diào)制而成，無毒、不可燃，在室溫下涂敷于耐火材料表面，在空氣中干燥5分鐘即成。陶瓷材料的輻射能力強，因而爐子升溫速度快、爐溫均勻，可降低能耗15%一30%。涂料的氣孔率低，化學(xué)穩(wěn)定性好，可阻止使耐火材料

11、損壞的各種氧化性氣氛擴(kuò)散滲透，能成倍地提高耐火村料的使用壽命。這種涂料的應(yīng)用范圍廣，除石墨以外的其它耐火材料均可徐這種涂料。使用溫度高達(dá)2482。,7陶瓷涂料,(1)耐火材料用陶瓷涂料:,00:51:33,24,它是用水調(diào)制的硅酸鋁涂料，無毒、不可燃，可涂敷于電熱元件、輻射管、換熱器、料筐等表面。 其特點是:不影響爐內(nèi)氣氛;不影響被涂金屬的物理化學(xué)性質(zhì)和機(jī)械性能，還可防止被涂金屬氧化、脫碳或滲碳，防化學(xué)侵蝕;與金屬間的結(jié)合牢固，耐磨性良好,經(jīng)固化處理之后，表面比基體更細(xì)密?？纱蠓鹊靥岣呓饘贅?gòu)件的使用壽命(50%以上)。連續(xù)使用溫度1038。,8耐火泥,耐火泥應(yīng)接近于砌體成分，具有一定耐火度和

12、化學(xué)穩(wěn)定性。耐火泥由20%40%的耐火粘土生料和60%80%的耐火粘土熟料粉組成。,(2)金屬構(gòu)件用陶瓷涂料：,00:51:33,25,為減少爐子熱傳導(dǎo)引起的熱損失，提高爐子的熱效率耐火層外需砌一層保溫材料。保溫材料具有體積密度小，氣孔率高，熱容量小，熱導(dǎo)率小等特點。工程上把值小于0.25W/(m)的材料稱為保溫材料。常用保溫材料有:石棉、礦渣棉、蛭石、硅藻土、膨脹珍珠巖、巖棉以及超輕質(zhì)耐火磚等。它們常以散料或制成制品使用，近些年來新爐型不提倡使用散料。,22保溫材料,用水或稀釋水玻璃調(diào)和后，用于砌爐時填塞磚縫，保證爐子強度和氣密性，生料量越多，則強度越低。,00:51:33,26,礦渣棉是用

13、高爐爐渣經(jīng)加工處理而成纖維狀材料。最高使用溫度為750。其缺點是易被壓碎而降低保溫能。,1石棉,石棉是天然纖維礦物，主要成3MgO2SiO22H20。 使用溫度不超過500，因為500以上會脫水而粉化。常加工成石棉繩、石棉板、石棉布等形狀使用。,2礦渣棉,00:51:33,27,硅藻土是有機(jī)藻類腐敗形成的天然疏松多孔物質(zhì)。主要成分是SiO2。使用溫度低于900。大多數(shù)制成硅藻土磚使用，也可散狀使用。,蛭石又稱為黑云母，主要成分是SiO2，AlO3，F(xiàn)e2O3，MgO和5%一10%的化合水。受熱時，其中的水分急劇蒸發(fā)，體積膨脹而成膨脹蛭石，體積密度減小，因而保溫性能良好。使用時可以是散狀，也可膠

14、結(jié)成各種形狀的保溫制品。最高使用溫度可達(dá)1000。,3蛭石,4硅藻土,00:51:33,28,巖棉是以玄武巖為主要原料，經(jīng)高溫、熔融制成47人造無機(jī)纖維，加工成板、管、氈等，是一種新型輕質(zhì)保溫材料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性，工作溫度為-120600。巖棉制品熱導(dǎo)率隨密度和溫度的不同而變化，= 80kg/m3的巖棉氈室溫下熱導(dǎo)率為0.0250W/(m)，平均溫度400時，熱導(dǎo)率為0.125W(m)。,6巖棉,膨脹珍珠巖是以含70 %SiO2的天然珍珠巖為主要原料燒制而成的良好保溫材料。其體積密度小，熱導(dǎo)率小，使用溫度可達(dá)1000，既可散料使用，又可制成不同形狀的磚使用。,5膨脹珍珠巖,00:

15、51:33,29,爐用耐熱鋼用作爐底板、爐罐、坩堝、輻射管、導(dǎo)軌、料筐、爐輥、傳送帶、夾具、緊固件、電熱元件及其引出捧等。,1普通金屬材料,普通金屬材料用作爐子的外殼和構(gòu)架。如Q235A鋼板，角鋼，槽鋼，工字鋼等。,2爐用耐熱鋼,爐用金屬材料分為爐外用金屬材料和爐內(nèi)用耐熱鋼。因爐內(nèi)構(gòu)件是在高溫下工作，承受一定載荷，并受高溫介質(zhì)的化學(xué)腐蝕，要求具有良好的抗高溫氧化性和高溫強度。所以要用耐熱鋼來制造。,2-3 爐用金屬材料,實物,00:51:33,30,為滿足8001200使用范圍，80年代研制出了3Cr24Ni7SiNRE耐熱鋼，這種耐熱鋼性能超過了3Cr18Ni25Si2，具有良好的高溫強度、

16、塑性、抗氧化性、耐急冷急熱性等，同時還具有良好的加工性、焊接性和鑄造性。,常用耐火材料和保溫材料的最高使用溫度如圖33所示，其它性能指標(biāo)見附表3， 附表4，常用耐火磚的形狀尺寸見附表5。,早期我國多用3Cr18Ni25Si2 ,1Cr25Ni20Si2等。由于這類鋼含鎳高，50年代后期普遍采用鉻錳氮和鉻錳氮硅鋼，用于多種鑄造構(gòu)件。鉻錳氮鋼焊接性能差，只能以鑄態(tài)制成構(gòu)件，使用溫度在900950之間，應(yīng)用受到限制.,00:51:33,31,00:51:33,32,00:51:33,33,00:51:33,34,00:51:33,35,00:51:33,36,00:51:33,37,00:51:33,38,小結(jié)： 耐火材料和保溫材料是熱處理爐重要的砌筑材料，耐火材料和保溫材料的選擇，直接影響到爐子的使用壽命和爐子的熱利用效率；爐用鋼材分兩類，外用部分主要是支撐爐體、做爐殼、爐門和升降機(jī)構(gòu)，內(nèi)用部分主要是做爐底板。 思考題： 耐火材料和保溫材料都有哪些，其主要用途是什么?,結(jié)束,00:51:33,39,返回,00:51:33,40,表3-3 熔劑和氣氛對耐火磚的影晌,返回,00:51:33,41,