材料加工设备基础-加热设备

1、材料加工设备基础材料加工设备基础School of Materials Science and Engineering, CUMT2v教材：教材：周家林周家林. 材料成型设备（第一版），北材料成型设备（第一版），北京：冶金工业出版社，京：冶金工业出版社，2008年年v参考书：参考书：吉泽升吉泽升. 热处理炉（第一版），哈尔热处理炉（第一版），哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，滨：哈尔滨工程大学出版社，1999年年v参考书：参考书：樊自田樊自田. 材料成形装备及自动化，机材料成形装备及自动化，机械工业出版社，械工业出版社，2007v参考书：参考书：夏巨谌夏巨谌. 塑性成形工艺及设备（第一塑性成形工艺

2、及设备（第一版），北京：机械工业出版社，版），北京：机械工业出版社，2001年年v参考书：参考书：曾光廷曾光廷. 材料成型加工工艺及设备，材料成型加工工艺及设备，化工出版社，化工出版社，2001年年School of Materials Science and Engineering, CUMT3第一章第一章 加热设备加热设备第二章第二章 连续铸造设备连续铸造设备第三章第三章 锻压设备锻压设备 包括锻锤、曲柄压力机、液压机包括锻锤、曲柄压力机、液压机第四章第四章 挤压与拉拔设备挤压与拉拔设备第五章第五章 轧制设备轧制设备第六章第六章 剪切机剪切机第七章第七章 矫直机矫直机School of M

3、aterials Science and Engineering, CUMT41.1 热处理炉及电热元件热处理炉及电热元件1.2 常用筑炉材料常用筑炉材料1.3 浴炉浴炉1.4 真空热处理炉真空热处理炉1.5 感应加热设备感应加热设备1.6 可控气氛炉可控气氛炉School of Materials Science and Engineering, CUMT5v概述概述v热处理炉分类热处理炉分类v热处理电阻炉热处理电阻炉v电热元件电热元件 School of Materials Science and Engineering, CUMT6 热处理设备是实现热处理工艺的重要保证，设计或选用先进又

4、合理的热处理设备，充分满足热处理工艺参数的要求，这是提高产品质量的关键。School of Materials Science and Engineering, CUMT7热处理设备热处理设备完成主要热处理工序(加热和冷却工序)所用的设备。v加热设备(加热炉与加热装置) 热处理炉是热处理车间最重要的而且是广泛使用的加热设备，类型繁多。 传统型：燃料炉、标准型电阻炉、盐浴炉 新 型：可控气氛热处理炉、真空热处理炉、离子冲击炉、流动粒子炉等v冷却设备(冷却室、淬火槽、淬火机等)School of Materials Science and Engineering, CUMT8加热炉加热炉Schoo

5、l of Materials Science and Engineering, CUMT91 1、按热能来源分类、按热能来源分类v电阻炉v燃料炉2 2、按工作温度分类、按工作温度分类v低温炉：650v中温炉：650-1000v高温炉：1000School of Materials Science and Engineering, CUMT103 3、按炉膛介质分类、按炉膛介质分类v自然介质炉v盐浴炉v可控气氛炉v真空炉4 4、按作业规程分类、按作业规程分类v周期式作业炉：箱式电炉、台车式电炉、井式电炉v连续式作业炉：推杆式电炉、传送带式电炉盐浴炉盐浴炉 School of Materials

6、Science and Engineering, CUMT11推杆式电阻炉School of Materials Science and Engineering, CUMT125、按生产用途分类、按生产用途分类v退火炉v正火炉v淬火炉v回火炉v渗碳炉v氮化炉6、按电源频率分类、按电源频率分类v工频炉v中频炉v高频炉井式气体渗碳炉井式气体渗碳炉 井式氮化炉井式氮化炉 感应加热感应加热成套设备成套设备School of Materials Science and Engineering, CUMT13水冷铜坩埚真空感应凝壳熔炼炉水冷铜坩埚真空感应凝壳熔炼炉中频感应熔炼炉中频感应熔炼炉School

7、of Materials Science and Engineering, CUMT14v电阻加热炉电阻加热炉：将电流通入金属或非金属电热元件，使其发出热量，借辐射与对流作用将热量传给被加热的工件，从而使工件加热到规定温度的炉子。v优点优点：结构简单，操作方便，工作温度范围广泛，容易准确控制温度，炉膛温度分布较均匀，便于使用控制气氛，容易实现机械化和自动化操作。School of Materials Science and Engineering, CUMT15电阻加热炉电阻加热炉School of Materials Science and Engineering, CUMT16间接加热式间

8、接加热式在炉子内部有专用的电阻材料做发热 元件，电流通过加热元件时产生热量而加热制品。直接加热式直接加热式电源直接接在所需加热的材料上，使 电流直接流过所需加热的材料而使材料自 己发热达到加热效果。 工业电阻炉，大部分是采用间接加热式的电阻炉的分类：电阻炉的分类：按热量产生的方法间接加热式和直接加热式School of Materials Science and Engineering, CUMT17v按工作温度分类 低温炉：650 中温炉：6501000 高温炉：1000v按炉膛介质分类 自然介质炉 盐浴炉 可控气氛炉 真空炉School of Materials Science and E

9、ngineering, CUMT18v按炉膛形状分类按炉膛形状分类 箱式炉 井式炉 罩式炉 直通式炉移动罩式热处理炉移动罩式热处理炉School of Materials Science and Engineering, CUMT19( (一一) ) 箱式电阻炉箱式电阻炉v适用性适用性 箱式电阻炉在机器制造厂热处理车间得到广泛应用，适用于中小型零件的热处理，如退火、正火、淬火、回火和固体渗碳等，特别是对单件和小批量生产的车间采用的更多。v缺点：缺点：冷炉升温慢，炉膛内温度不均匀，工件容冷炉升温慢，炉膛内温度不均匀，工件容易产生氧化和脱碳，操作不方便，特别是大型箱式易产生氧化和脱碳，操作不方便，

10、特别是大型箱式炉，操作劳动强度大。炉，操作劳动强度大。School of Materials Science and Engineering, CUMT20箱式电阻炉School of Materials Science and Engineering, CUMT21(二二) 井式电阻炉井式电阻炉1、适用性、适用性 井式电阻炉常用来加热细长工件，因为在吊挂状态下加热可以防止工件产生弯曲，小型零件可以放在料框中再送入炉内加热，装炉与出炉采用起重设备，操作方便。 2、特点、特点v炉膛较深，上下散热条件不一样，为使炉膛温度均匀，常分区布置电热元件，各区单独控制温度；v密封性好，散热面积小，热效率较高

11、。School of Materials Science and Engineering, CUMT22井式电阻炉School of Materials Science and Engineering, CUMT23School of Materials Science and Engineering, CUMT24电阻炉主要的技术特性电阻炉主要的技术特性电阻炉有效功率电阻炉有效功率电阻炉消耗电能=有效功率+损失功率 电阻炉消耗电能转换来的热能，一部分用于对炉内工件的加热形成了电炉有效功率；另一部分则形成了电炉损失功率。空炉损失空炉损失即炉体蓄热损失。空炉损失小的电炉，可以得到高的技术生产率及

12、低的单位电能消耗比。一般工业电阻炉的效率：一般工业电阻炉的效率：小型电炉较低一些，大型电炉较高一些。小型电炉较低一些，大型电炉较高一些。从从10100千瓦的箱式电炉效率约为千瓦的箱式电炉效率约为6585%，空炉损，空炉损失约占总功率的失约占总功率的3515School of Materials Science and Engineering, CUMT25升温速度升温速度升温速度快，升温时间短，生产率高，单位制品的电耗量降低。加热能力加热能力指电炉的有效功率，从理论计算上在 一个小时内能把指定的材料加热到额定温度 的最大重量数，以kg/h计算。影响电炉的加热能力和升温速度的因素：电阻炉的功率，

13、电热元件，电炉保温能力等。School of Materials Science and Engineering, CUMT26一、金属电热元件一、金属电热元件 铁铬铝（FeCrAl） 有有金属电热元件金属电热元件与与非金属电热元件非金属电热元件。1.电阻率大，电阻温度系数小。2.使用温度高，空气中最高使用温度：1000-1100。3.表面负荷比NiCr丝稍高。4.抗氧化抗腐蚀能力好，价格低。表面负荷表面负荷是指电热元件表面上单位面积所负荷的功率数 School of Materials Science and Engineering, CUMT27School of Materials Sc

14、ience and Engineering, CUMT28 镍铬丝（Ni15Cr60、Cr20Ni80） 1电阻率较小，高温强度高；2. 加工性能好，高温下力学性能不发生大变化；2最高使用温度：10001050。 高温铁铬铝钼 （Cr27Al7Mo2） 1最高使用温度：1400 2在氮气中使用比空气中寿命低（N2会破坏加热元件的氧化膜）School of Materials Science and Engineering, CUMT29共同特点：电阻系数大，熔点高，抗氧化差（一般不适宜用在空气状态中）。加热时，功率不稳定，一定要配磁性调压器或可控硅加调压器，加热器电压应该小于100伏 。 纯金

15、属纯金属（高熔点金属：钼（高熔点金属：钼Mo，钨，钨W，钽，钽Ta）School of Materials Science and Engineering, CUMT30a. 高温状态下：强度高，但脆性大，所以加工性能差，常用直径2mm，常制成丝状、带状或棒状。钼的再结晶温度1007，超过此温度，强度会变低，脆性增加； b. 在高温下，与任何耐火材料都能反应，所以耐火材料必须选择纯度较高的。c. 常用温度：1600 ；在1800 时，钼会强烈挥发，晶粒粗大，脆性增加。d. 蒸汽压较大，在空气中不能用，在渗碳气氛中，会使 钼变脆； 1)钼丝（Mo）（熔点：2630 ）School of Mate

16、rials Science and Engineering, CUMT31a. 最高使用温度：2500； b. 常用温度：2200-2400； c. 在保护气氛中可用到3000； d. 在2400，真空状态中会强烈挥发； e. 在氩气中可用到2600； f. 钨丝加工性能差，加工时温度要小于600。2钨（W）（熔点：3410）School of Materials Science and Engineering, CUMT32a. 一般用在真空和保护气氛中（氮气中不能用）； b. 最高使用温度：2200； c. 常用温度：2000-2100； d. 不能在氮气和氢气中使用； e. 在空气中40

17、0开始氧化，600强烈氧化； f. 加工性能好，用真空电子束焊接。3钽（熔点：2900） School of Materials Science and Engineering, CUMT33(一) 硅碳棒（SiC-94.4%，SiO2-3.6%，其余Al、Fe、CaO） 空气中使用温度：空气中使用温度：6001250 1 二二. 非金属电热元件简介非金属电热元件简介1力学性能硬度高，脆性大，耐急冷急热高温变形小。2化学性能具有良好的化学稳定性，酸对其无作用，但碱和碱土金属氧化物在一定温度条件下对其有侵蚀作用。高温下，水蒸气、氢气、卤素、硫等对其也有氧化和侵蚀作用。School of Mate

18、rials Science and Engineering, CUMT34电阻系数大，在电阻系数大，在800或或900时电阻率最低时电阻率最低 。随温度的升高，电阻呈非线形变化。随温度的升高，电阻呈非线形变化。发热部温度，欧 mm2/m3.电阻特性电阻特性School of Materials Science and Engineering, CUMT35 粗端式（GC）硅碳棒d 发热部直径；发热部直径； L 硅碳棒全长；硅碳棒全长； l1 喷铝部分长度；喷铝部分长度；D 粗端部直径粗端部直径 ； l 发热部长度；发热部长度； L1 粗端部分长度。粗端部分长度。l14. 形状形状可制成可制成“

19、U”型、直棒型。型、直棒型。School of Materials Science and Engineering, CUMT36 等直径（GD）硅碳棒l1 喷铝部分长度；喷铝部分长度； l 发热部分长度；发热部分长度； L硅碳棒全长；硅碳棒全长；d 硅碳棒直径；硅碳棒直径； L1 冷端部长度冷端部长度School of Materials Science and Engineering, CUMT37 槽型硅碳棒（型）d 槽型棒直径；槽型棒直径； E 中心距；中心距； l 发热部长度；发热部长度；L1 冷端部长度；冷端部长度； l1 喷铝部分长度喷铝部分长度School of Materia

20、ls Science and Engineering, CUMT385. 表面负荷表面负荷硅碳棒使用温度与额定表面负荷关系 炉温（）1100 1200 1300 1350 1400 1450元件发热部表面负荷（W/cm2）粗端型20171285等直径型17139754School of Materials Science and Engineering, CUMT39(二)硅钼棒（MoSi2）（主要用于实验室电炉）1力学性能室温时，强度高，脆性大，到1350时，开始软化。耐热冲击性好。2化学性能400800时会产生低温氧化。高温下耐氧化，耐高温（12001650）。 气氛适用于空气、氮气、惰性

21、气体中，但不适用于还原性气氛中，1350时，应尽量避开含硫和氯气氛。在弱氧化气氛中，寿命最长。所配耐火材料为酸性或中性材料最高使用温度可达最高使用温度可达17001800School of Materials Science and Engineering, CUMT403电阻特性电阻率随温度的升高几乎以直线关系迅速上升。在正常情况下，元件电阻一般不随使用时间的长短而变化，所以新旧元件可以混合使用。4. 形状可制成棒状，U型、W型、U型直角等形状。School of Materials Science and Engineering, CUMT41W型硅钼棒U型硅钼棒L1L1L2L2d1d1d

22、2d2lld1 热端直径； D 中心距； L1 发热部长度；L2 冷端部长度； d2 冷端直径； l 喷铝部分长度School of Materials Science and Engineering, CUMT42School of Materials Science and Engineering, CUMT431一般使用于真空油淬炉（1400）、气淬炉 （1350）、碳管炉中； 2石墨（熔点：3600）常用14002500； 3耐高温，加工性能好，价格低；使用寿命主要决定于 其氧化、挥发的速度； 4在保护气氛中（氢气、氮气、二氧化碳、氩气）， 最高温度可达3000； 5石墨的导电性能：随

23、着温度升高而降低； 6耐温度急变性好。（三）碳系电热元件（石墨管、石墨棒、石墨布）School of Materials Science and Engineering, CUMT44v耐火材料耐火材料v保温材料保温材料v炉用金属材料炉用金属材料School of Materials Science and Engineering, CUMT45 砌筑热处理炉时，需使用砌筑热处理炉时，需使用耐火材料耐火材料、保温材保温材料料、炉用金属材料炉用金属材料以及以及一般建筑材料一般建筑材料。 在建造和设计热处理炉时，合理选用筑炉材在建造和设计热处理炉时，合理选用筑炉材料，对满足热处理工艺要求，提高炉子

24、使用寿命，料，对满足热处理工艺要求，提高炉子使用寿命，节约能源，降低成本都有重要意义。节约能源，降低成本都有重要意义。 本章重点介绍本章重点介绍耐火材料、保温材料以及炉用金耐火材料、保温材料以及炉用金属材料属材料的种类及性能。的种类及性能。School of Materials Science and Engineering, CUMT46耐火材料耐火材料：凡是能够抵抗：凡是能够抵抗炉内炉内高温并承受在高高温并承受在高温下所产生的物理、化学作用的温下所产生的物理、化学作用的非金属筑炉非金属筑炉材料材料。耐火材料的选择耐火材料的选择要考虑炉内温度、气氛、熔融要考虑炉内温度、气氛、熔融材料的成分等

25、。材料的成分等。热处理炉用材料的热处理炉用材料的发展方向发展方向是在努力提高其高是在努力提高其高温性能，尤其是高温强度和高温下抵抗炉膛内气氛温性能，尤其是高温强度和高温下抵抗炉膛内气氛与介质侵蚀和冲刷能力的情况下，尽量减小体积密与介质侵蚀和冲刷能力的情况下，尽量减小体积密度，延长使用寿命。度，延长使用寿命。School of Materials Science and Engineering, CUMT47按耐火度分类按耐火度分类：普通耐火材料、高级耐：普通耐火材料、高级耐火材料、特级耐火材料。火材料、特级耐火材料。 按化学矿物组成分类按化学矿物组成分类：氧化硅质耐火材：氧化硅质耐火材料、硅酸

26、铝质耐火材料、铬铁质耐火材料、碳料、硅酸铝质耐火材料、铬铁质耐火材料、碳质耐火材料、其它高耐火度制品。质耐火材料、其它高耐火度制品。按耐火材料的化学性质分类按耐火材料的化学性质分类：酸性耐火：酸性耐火材料、碱性耐火材料、中性耐火材料。材料、碱性耐火材料、中性耐火材料。l 分类分类School of Materials Science and Engineering, CUMT48物理性能物理性能：体积密度、真比重、气孔率、吸水：体积密度、真比重、气孔率、吸水率、透气性、耐压强度、热膨胀性、导电性、率、透气性、耐压强度、热膨胀性、导电性、热容量等。热容量等。工作性能工作性能：耐火度、高温结构强度

27、、化学稳定：耐火度、高温结构强度、化学稳定性、体积稳定性，耐急冷急热性等。性、体积稳定性，耐急冷急热性等。可分为可分为物理性能物理性能和和工作性能工作性能l 耐火材料的性能耐火材料的性能School of Materials Science and Engineering, CUMT49 1、耐火度、耐火度 耐火度是耐火材料抵抗高温作用（抵抗熔化）耐火度是耐火材料抵抗高温作用（抵抗熔化）的性能，的性能，表示材料受热后软化到一定程度时的温度表示材料受热后软化到一定程度时的温度。耐火度大于耐火度大于1580的材料才称为耐火材料。的材料才称为耐火材料。 耐火度主要取决于耐火材料的化学成分和材料耐火度

28、主要取决于耐火材料的化学成分和材料中的易熔杂质中的易熔杂质(如如FeO、Na2O等等)的含量。的含量。 耐火材料并非纯物质，是由多种矿物组成，其耐火材料并非纯物质，是由多种矿物组成，其中还含有杂质，没有一个固定熔点，只有一定的熔中还含有杂质，没有一个固定熔点，只有一定的熔融范围。融范围。 School of Materials Science and Engineering, CUMT50 按耐火度的不同，可将耐火材料分为：按耐火度的不同，可将耐火材料分为： (1)普通耐火材料：耐火度为普通耐火材料：耐火度为15801770； (2)高级耐火材料：耐火度为高级耐火材料：耐火度为17702000

29、； (3)特级耐火材料：耐火度为特级耐火材料：耐火度为2000以上。以上。 耐火度不是熔点，也不是实际使用温度。耐火度耐火度不是熔点，也不是实际使用温度。耐火度并不是其实际使用温度，因为在高温载荷作用下耐并不是其实际使用温度，因为在高温载荷作用下耐火材料的软化变形温度会降低。实际使用的最高温火材料的软化变形温度会降低。实际使用的最高温度比耐火度要低，这是由于还要考虑其高温结构强度比耐火度要低，这是由于还要考虑其高温结构强度，即在高温下要承受一定的压力而不变形。度，即在高温下要承受一定的压力而不变形。School of Materials Science and Engineering, CUM

30、T51耐火材料的耐火度和使用温度耐火材料的耐火度和使用温度School of Materials Science and Engineering, CUMT52 2、高温结构强度、高温结构强度荷重软化点荷重软化点 荷重软化开始点是指在一定压力荷重软化开始点是指在一定压力(196kPa，轻，轻质材料为质材料为98kPa)条件下，以一定速度加热，测出试条件下，以一定速度加热，测出试样开始变形样开始变形(0.6)时的温度；当试样变形达时的温度；当试样变形达4或或40的温度，称为荷重软化的温度，称为荷重软化4或或40软化点。软化点。 耐火材料的高温结构强度主要决定于化学成分耐火材料的高温结构强度主要决

31、定于化学成分和体积密度。耐火材料的和体积密度。耐火材料的使用温度必须低于其荷重使用温度必须低于其荷重软化点软化点。School of Materials Science and Engineering, CUMT53 荷重软化温度是耐火材料工作性能中一项重要荷重软化温度是耐火材料工作性能中一项重要的指标，有些材料尽管耐火度较高，但荷重软化点的指标，有些材料尽管耐火度较高，但荷重软化点低，使用中应注意。例如镁砖的耐火度超过低，使用中应注意。例如镁砖的耐火度超过2000，但它的荷重软化开始温度只有但它的荷重软化开始温度只有1500，远远低于它，远远低于它的耐火度。的耐火度。 常压耐火材料的荷重软化

32、点常压耐火材料的荷重软化点School of Materials Science and Engineering, CUMT54 3、高温化学稳定性、高温化学稳定性 耐火材料在高温下抵抗熔渣、熔盐、金属氧化物及炉内耐火材料在高温下抵抗熔渣、熔盐、金属氧化物及炉内气氛等的化学作用和物理作用的性能。常用抗渣性来评定。气氛等的化学作用和物理作用的性能。常用抗渣性来评定。 制造无罐气体渗碳炉时，高碳气氛对普通粘土砖有破坏制造无罐气体渗碳炉时，高碳气氛对普通粘土砖有破坏作用，炉墙内衬的耐火材料需用含作用，炉墙内衬的耐火材料需用含Fe2O3小于小于1的耐火砖，即的耐火砖，即抗渗砖抗渗砖； 制造电极盐溶炉时

33、，由于熔盐对耐火材料的冲刷作用，制造电极盐溶炉时，由于熔盐对耐火材料的冲刷作用，坩埚材料必须采用重质耐火砖或耐火混凝土；坩埚材料必须采用重质耐火砖或耐火混凝土；电热元件搁砖不得与电热元件材料发生化学作用，铁铬电热元件搁砖不得与电热元件材料发生化学作用，铁铬铝电热元件要用高铝砖作搁砖。铝电热元件要用高铝砖作搁砖。 School of Materials Science and Engineering, CUMT55School of Materials Science and Engineering, CUMT56 4、耐急冷急热性、耐急冷急热性(热震稳定性热震稳定性) 表示材料抵抗温度急剧变化

34、而不破坏的性能。表示材料抵抗温度急剧变化而不破坏的性能。 测定方法：将耐火制品加热到测定方法：将耐火制品加热到850，然后放，然后放入流动的冷水中冷却，反复进行破碎至其重量损失入流动的冷水中冷却，反复进行破碎至其重量损失20时的次数。时的次数。 耐急冷急热性与制品的物理性能、形状和大小耐急冷急热性与制品的物理性能、形状和大小等因素有关。等因素有关。School of Materials Science and Engineering, CUMT57 5、高温体积稳定性、高温体积稳定性 指耐火材料在高温下长期使用时，化学成分指耐火材料在高温下长期使用时，化学成分发生变化，产生再结晶和进一步烧结现

35、象，从而发生变化，产生再结晶和进一步烧结现象，从而使耐火材料的体积发生收缩或膨胀。通常用膨胀使耐火材料的体积发生收缩或膨胀。通常用膨胀系数或重烧线收缩来表示。系数或重烧线收缩来表示。 一般要求耐火制品的体积变化，不得超过一般要求耐火制品的体积变化，不得超过0.51%。 砌体有膨胀缝。砌体有膨胀缝。School of Materials Science and Engineering, CUMT58 6、耐火制品的级别和几何形状尺寸、耐火制品的级别和几何形状尺寸 耐火制品的级别按制品尺寸公差分成两个级别。耐火粘耐火制品的级别按制品尺寸公差分成两个级别。耐火粘土砖和高铝砖土砖和高铝砖一级品一级品尺

36、寸公差为尺寸公差为1.52m；二级品二级品尺寸尺寸公差为公差为2.5mm；轻质耐火砖不分级别。；轻质耐火砖不分级别。 如果耐火制品尺寸公差过大、外形损坏严重如果耐火制品尺寸公差过大、外形损坏严重(缺角、缺棱、缺角、缺棱、扭曲等扭曲等)、表面破损严重、表面破损严重(裂纹、渣蚀等裂纹、渣蚀等)，就不能用于砌炉。，就不能用于砌炉。表面扭曲会使砌缝过大，超过规定标准，降低砌体的强度。表面扭曲会使砌缝过大，超过规定标准，降低砌体的强度。School of Materials Science and Engineering, CUMT59 常用耐火材料有常用耐火材料有粘土砖、高铝砖、碳化硅耐火制品、耐粘土

37、砖、高铝砖、碳化硅耐火制品、耐火纤维、耐火混凝土、耐火涂料火纤维、耐火混凝土、耐火涂料等。等。 1、耐火粘土砖、耐火粘土砖 粘土砖的主要成分是：粘土砖的主要成分是：30% 48Al2O3，5060SiO2，其余为各种金属氧化物等。属弱酸性，荷重软化点为，其余为各种金属氧化物等。属弱酸性，荷重软化点为1350，耐急冷急热性好，原料来源广泛，是最常用的耐火，耐急冷急热性好，原料来源广泛，是最常用的耐火材料。材料。 可用于砌筑炉顶、炉底、炉墙及燃烧室等。可用于砌筑炉顶、炉底、炉墙及燃烧室等。 铝电热体合金与粘土砖有化学反应，使用粘土砖会使铝电热体合金与粘土砖有化学反应，使用粘土砖会使铁铬铝合金受腐蚀

38、。粘土砖在控制气氛中易受铁铬铝合金受腐蚀。粘土砖在控制气氛中易受CO、H2的侵的侵蚀而损坏。蚀而损坏。l 常用耐火材料常用耐火材料School of Materials Science and Engineering, CUMT60School of Materials Science and Engineering, CUMT61 2、高铝砖、高铝砖 高铝砖中含高铝砖中含Al2O3大于大于48，其余主要是，其余主要是SiO2，杂质很少。随杂质很少。随Al2O3含量的增加，颜色变浅。当含量的增加，颜色变浅。当Al2O3大于大于85，变为白色，叫，变为白色，叫白刚玉白刚玉。 其耐火度和高温结构强

39、度都高于粘土砖，属中性，其耐火度和高温结构强度都高于粘土砖，属中性，化学稳定性好，多用于高温热处理炉及电阻丝或电阻化学稳定性好，多用于高温热处理炉及电阻丝或电阻带的搁砖、热电偶导管、马弗炉的炉芯等。带的搁砖、热电偶导管、马弗炉的炉芯等。School of Materials Science and Engineering, CUMT62School of Materials Science and Engineering, CUMT633、轻质粘土砖、轻质粘土砖v耐火砖耐火砖 重质粘土砖：重质粘土砖：2.22.75g/cm3 轻质粘土砖：轻质粘土砖：0.41.30g/cm3 超轻质粘土砖：超轻

40、质粘土砖：0.30.4g/cm3v原料原料：耐火粘土和高岭土，但在其中还要加入木屑、无烟煤或焦炭末，或者加入发泡剂，减小体积密度，增强保温性能。v性能性能：体积密度小，保温性能好，热容量小（蓄热损失小），但高温强度低，高温化学稳定性差。v适用性适用性：宜做炉墙、炉顶和炉衬，可减少蓄热，节约能源。School of Materials Science and Engineering, CUMT64 4、碳化硅耐火制品、碳化硅耐火制品 碳化硅耐火制品主要化学成分是碳化硅耐火制品主要化学成分是SiC。其耐火度。其耐火度高可达高可达2000以上，高温结构强度高，抗磨性、耐以上，高温结构强度高，抗磨性、

41、耐急冷急热性好，导热性及导电性好。急冷急热性好，导热性及导电性好。 主要用途：主要用途： (1) 导热性好，比一般耐火材料高约导热性好，比一般耐火材料高约10倍，适合用倍，适合用作导热的器件，如马弗罐、换热器元件。作导热的器件，如马弗罐、换热器元件。 (2) 强度高，耐磨性能好，耐急冷急热性也好，可强度高，耐磨性能好，耐急冷急热性也好，可用它来作高温炉的炉底板、辊底炉的辊套。用它来作高温炉的炉底板、辊底炉的辊套。 (3) 比电阻大，可以用作电阻炉的电热元件。比电阻大，可以用作电阻炉的电热元件。School of Materials Science and Engineering, CUMT65

42、School of Materials Science and Engineering, CUMT66 5、耐火纤维、耐火纤维 是新型的耐火材料，兼有耐火和保温作用。是新型的耐火材料，兼有耐火和保温作用。 分类分类 根据成分不同有根据成分不同有硅酸铝、石英、氧化铝硅酸铝、石英、氧化铝和石墨耐火纤维和石墨耐火纤维等。一般热处理炉使用硅酸铝耐火等。一般热处理炉使用硅酸铝耐火纤维，而高温真空炉多采用石墨纤维。纤维，而高温真空炉多采用石墨纤维。School of Materials Science and Engineering, CUMT67耐火纤维大致分类耐火纤维大致分类最佳使用温度为最佳使用温度

43、为1300长期使用温度长期使用温度1400长期使用温度为长期使用温度为10001200School of Materials Science and Engineering, CUMT68(2)导热系数小，比其它保温材料的导热系数至少小导热系数小，比其它保温材料的导热系数至少小20，因而可使炉衬厚度减薄；因而可使炉衬厚度减薄；(3)体积密度小，耐高温，热导率小，比热容小，炉衬蓄热体积密度小，耐高温，热导率小，比热容小，炉衬蓄热少，升温快，节省热能；少，升温快，节省热能；(4)耐急冷急热性好，化学稳定性好。耐震动、柔软、容易耐急冷急热性好，化学稳定性好。耐震动、柔软、容易施工，不考虑热应力的影响

44、；施工，不考虑热应力的影响；(5) 在高温下发生较大的收缩，制造成本较高。在高温下发生较大的收缩，制造成本较高。性能特点：性能特点： (1)一般使用温度不超过一般使用温度不超过1000，高温长时间使用有析晶现，高温长时间使用有析晶现象，发生体积收缩、变脆以致粉碎，为了提高使用温度可象，发生体积收缩、变脆以致粉碎，为了提高使用温度可提高提高Al2O3含量和减少杂质含量和减少杂质。School of Materials Science and Engineering, CUMT696、耐火混凝土、耐火混凝土以一定粒度的钒土熟料为骨料，细粉状钒土熟料为掺合以一定粒度的钒土熟料为骨料，细粉状钒土熟料为

45、掺合料加水，按一定比例混合，用水泥胶结、成型、硬化后得到料加水，按一定比例混合，用水泥胶结、成型、硬化后得到的耐火材料。的耐火材料。 组成：组成：胶结料胶结料(1025%)骨料骨料(220mm)掺合料（掺合料（促凝剂）。促凝剂）。 优点：优点：与耐火砖比，简化了制造工艺、便于制造复与耐火砖比，简化了制造工艺、便于制造复杂构件、修炉和砌炉的速度快、炉衬整体性好、制造成本低杂构件、修炉和砌炉的速度快、炉衬整体性好、制造成本低、炉子寿命长。、炉子寿命长。 缺点：缺点：耐火度低于耐火砖。耐火度低于耐火砖。School of Materials Science and Engineering, CUMT

46、70 分类分类 根据所用的胶结材料根据所用的胶结材料(水泥水泥)不同，耐火混凝土可分为：不同，耐火混凝土可分为： 硅酸盐硅酸盐耐火混凝土、耐火混凝土、铝酸盐铝酸盐耐火混凝土、耐火混凝土、磷酸盐磷酸盐耐火混凝耐火混凝土和土和水玻璃水玻璃耐火混凝土等。耐火混凝土等。 热处理炉常用的耐火混凝土热处理炉常用的耐火混凝土有有铝酸盐铝酸盐耐火混凝土（矾土水耐火混凝土（矾土水泥和低钙铝酸盐水泥耐火混凝土）、泥和低钙铝酸盐水泥耐火混凝土）、磷酸盐磷酸盐耐火混凝土两类。耐火混凝土两类。School of Materials Science and Engineering, CUMT71 铝酸盐耐火混凝土铝酸盐耐

47、火混凝土 用用钒土水泥钒土水泥或或低钙铝酸盐水泥低钙铝酸盐水泥做胶结剂。它具有快硬、高做胶结剂。它具有快硬、高强度的特点，但耐火度较低。强度的特点，但耐火度较低。 铝酸盐水泥铝酸盐水泥是一种快硬高强度水硬性胶结剂，因此混凝土是一种快硬高强度水硬性胶结剂，因此混凝土加水搅拌后，应迅速捣打不要中间停顿，以免捣打不实。脱模加水搅拌后，应迅速捣打不要中间停顿，以免捣打不实。脱模后用草袋覆盖，浇水养护。后用草袋覆盖，浇水养护。 这种耐火混凝土开裂倾向大、烘炉应缓慢进行，在使用中这种耐火混凝土开裂倾向大、烘炉应缓慢进行，在使用中易于剥落。常用于做盐浴炉坩埚或炉拱。易于剥落。常用于做盐浴炉坩埚或炉拱。Sch

48、ool of Materials Science and Engineering, CUMT72磷酸盐耐火混凝土磷酸盐耐火混凝土（种类很多）（种类很多）制作制作：须预先混料，堆积并覆盖草袋，放置须预先混料，堆积并覆盖草袋，放置24h后才后才能筑炉。其目的是排出有害气体，防止制品产生鼓胀变形，能筑炉。其目的是排出有害气体，防止制品产生鼓胀变形，保证致密性。筑完后要自然干燥几天，勿用水养护。保证致密性。筑完后要自然干燥几天，勿用水养护。在烘炉中，因磷酸、骨料及掺合料的化学反应使混凝在烘炉中，因磷酸、骨料及掺合料的化学反应使混凝上凝结为整体。具有良好的高温性能，为了防止制品产生剥上凝结为整体。具有良

49、好的高温性能，为了防止制品产生剥落，烘炉后再进行高温烧结，效果更好。落，烘炉后再进行高温烧结，效果更好。性能特点性能特点：开裂倾向小，耐火度和高温强度较：开裂倾向小，耐火度和高温强度较高，成本较高。高，成本较高。School of Materials Science and Engineering, CUMT73水玻璃耐火混凝土水玻璃耐火混凝土 该混凝土是气硬性的，成型后可直接进行烘干，该混凝土是气硬性的，成型后可直接进行烘干，严禁用水或蒸汽养护。严禁用水或蒸汽养护。制品有非常好的耐急冷急热性，良好的整体性制品有非常好的耐急冷急热性，良好的整体性和耐磨性。使用温度为和耐磨性。使用温度为6001

50、100。用于制造振底炉的炉底板。用于制造振底炉的炉底板。School of Materials Science and Engineering, CUMT74耐火混凝土的性能特点耐火混凝土的性能特点：与同质耐火制品相比：与同质耐火制品相比 耐火度低；耐火度低； 荷重软化温度低；荷重软化温度低； 线膨胀系数小；线膨胀系数小； 耐崩裂性可在耐崩裂性可在100次以上；次以上； 显气孔率低于耐火砖，闭口气孔多，故致密显气孔率低于耐火砖，闭口气孔多，故致密性比耐火砖低；性比耐火砖低； 重烧线收缩较大。重烧线收缩较大。School of Materials Science and Engineering,

51、 CUMT75 7、陶瓷涂料、陶瓷涂料 (1) 耐火材料用陶瓷涂料：耐火材料用陶瓷涂料：是是氧化锆氧化锆加水调制而成，无毒、不可燃，在室温下涂加水调制而成，无毒、不可燃，在室温下涂敷于耐火材料表面，在空气中干燥敷于耐火材料表面，在空气中干燥5分钟即成。分钟即成。 陶瓷材料的辐射能力强，因而炉子升温速度快、炉温陶瓷材料的辐射能力强，因而炉子升温速度快、炉温均匀，可降低能耗均匀，可降低能耗1530。 School of Materials Science and Engineering, CUMT76 涂料的气孔率低，化学稳定性好，可阻止使耐涂料的气孔率低，化学稳定性好，可阻止使耐火材料损坏的各种

52、氧化性气氛扩散渗透，能成倍地火材料损坏的各种氧化性气氛扩散渗透，能成倍地提高耐火村料的使用寿命。提高耐火村料的使用寿命。 应用范围广，除石墨以外的其它耐火材料均可应用范围广，除石墨以外的其它耐火材料均可涂这种涂料。使用温度高达涂这种涂料。使用温度高达2482。School of Materials Science and Engineering, CUMT77 (2) 金属构件用陶瓷涂料：金属构件用陶瓷涂料： 是用水调制的是用水调制的硅酸铝硅酸铝涂料，无毒、不可燃，可涂敷于电热涂料，无毒、不可燃，可涂敷于电热元件、辐射管、换热器、料筐等表面。元件、辐射管、换热器、料筐等表面。 特点：特点： 不

53、影响炉内气氛、被涂金属的物理化学性质和力学性能；不影响炉内气氛、被涂金属的物理化学性质和力学性能； 可防止被涂金属氧化、脱碳或渗碳、化学侵蚀；可防止被涂金属氧化、脱碳或渗碳、化学侵蚀； 与金属间的结合牢固，耐磨性良好；与金属间的结合牢固，耐磨性良好； 经固化处理之后，表面比基体更细密，可大幅度地提高金经固化处理之后，表面比基体更细密，可大幅度地提高金属构件的使用寿命属构件的使用寿命(50以上以上)。连续使用温度。连续使用温度1038，间断使，间断使用可达用可达1204。School of Materials Science and Engineering, CUMT78 8、耐火泥、耐火泥 是

54、砌耐火砖时用来填充砖缝及其相互粘结并使砌体有一是砌耐火砖时用来填充砖缝及其相互粘结并使砌体有一定强度和气密性的耐火材料。定强度和气密性的耐火材料。 耐火泥应接近于砌体成分，具有一定耐火度和化学稳定耐火泥应接近于砌体成分，具有一定耐火度和化学稳定性。砌筑气密性好的粘土砖砌体时，可以采用含有水玻璃的性。砌筑气密性好的粘土砖砌体时，可以采用含有水玻璃的可塑性泥浆。可塑性泥浆。 耐火泥由耐火泥由20 40的耐火粘土的耐火粘土生料生料和和60 80的耐的耐火粘土火粘土熟料粉熟料粉组成。生料量越多，则强度越低，烧结时收缩组成。生料量越多，则强度越低，烧结时收缩较大，易使砌缝开裂。较大，易使砌缝开裂。 用水

55、或稀释水玻璃调和后，用于砌炉时填塞砖缝，保证用水或稀释水玻璃调和后，用于砌炉时填塞砖缝，保证炉子强度和气密性。炉子强度和气密性。School of Materials Science and Engineering, CUMT79 1、为保证炉衬寿命，应合理选择内衬材料，、为保证炉衬寿命，应合理选择内衬材料，以保证足够的耐火度。以保证足够的耐火度。一般高温炉的内衬即耐火一般高温炉的内衬即耐火层选用高铝砖；中温炉耐火层选用耐火粘土砖或层选用高铝砖；中温炉耐火层选用耐火粘土砖或轻质耐火粘土砖。轻质耐火粘土砖。 2、为降低炉体散热损失和炉体蓄热，应在保、为降低炉体散热损失和炉体蓄热，应在保证炉体强度

56、的前提下，证炉体强度的前提下，尽量采用密度较小的轻质尽量采用密度较小的轻质耐火砖和耐火纤维耐火砖和耐火纤维。l 耐火材料的选用耐火材料的选用School of Materials Science and Engineering, CUMT80 3、除低温电阻炉可采用耐火粘土质的电热元件、除低温电阻炉可采用耐火粘土质的电热元件搁砖外，中温及高温电阻炉搁砖外，中温及高温电阻炉应采用高铝质的电热元应采用高铝质的电热元件搁砖件搁砖。 4、炉中、炉中受力较大的部位应采用重质耐火砖受力较大的部位应采用重质耐火砖，如，如炉底板支撑砖、电热元件搁砖、炉门口砖。炉底板支撑砖、电热元件搁砖、炉门口砖。 5、盐浴炉

57、坩埚应采用重质砖砌筑，以抵抗盐液、盐浴炉坩埚应采用重质砖砌筑，以抵抗盐液的侵蚀和冲刷。的侵蚀和冲刷。 6、在无罐气体渗碳炉中，应选用抗渗碳砖作炉、在无罐气体渗碳炉中，应选用抗渗碳砖作炉衬内衬。衬内衬。School of Materials Science and Engineering, CUMT81为减少炉子热传导引起的热损失，节省热能，提为减少炉子热传导引起的热损失，节省热能，提高炉子的热效率，改善劳动条件，在砌筑中温或高炉子的热效率，改善劳动条件，在砌筑中温或高温炉时，均在耐火层外需砌一层保温材料。高温炉时，均在耐火层外需砌一层保温材料。 工程上把导热系数小于工程上把导热系数小于0.25

58、w/(m.)的材料的材料称为称为保温材料保温材料。保温材料用于炉体外衬保温层起。保温材料用于炉体外衬保温层起保温作用，以减少炉体散热，保温作用，以减少炉体散热， 特点特点：保温材料具有体积密度小、气孔率高：保温材料具有体积密度小、气孔率高、热容量小、热导率小等。、热容量小、热导率小等。School of Materials Science and Engineering, CUMT82 常用保温材料有常用保温材料有： 石棉石棉、矿渣棉矿渣棉、蛭石蛭石、硅藻土硅藻土、膨胀珍珠岩膨胀珍珠岩、岩棉岩棉以及以及超轻质耐火砖、超轻质耐火砖、耐火纤维耐火纤维等。它们常以等。它们常以散料或制成制品使用，近些

59、年来新炉型不提倡使散料或制成制品使用，近些年来新炉型不提倡使用散料。用散料。 School of Materials Science and Engineering, CUMT83 1、石棉、石棉 天然纤维矿物，主要成分是蛇纹石天然纤维矿物，主要成分是蛇纹石3MgOSiO2 2H2O。在。在高温下不燃烧，但在高温下不燃烧，但在500时变脆，甚至成了粉末，失去保温时变脆，甚至成了粉末，失去保温作用。故其作用。故其最高使用温度不超过最高使用温度不超过500。常加工成石棉绳。常加工成石棉绳(直直径为径为350mm)、石棉板、石棉板(厚度为厚度为120mm) 、石棉布等形状使用。、石棉布等形状使用。

60、School of Materials Science and Engineering, CUMT84 2、矿渣棉、矿渣棉 用高炉熔融矿渣经压缩空气喷吹而制成棉花状纤维状材料。用高炉熔融矿渣经压缩空气喷吹而制成棉花状纤维状材料。它的体积密度小，导热系数小，吸湿性小。它的体积密度小，导热系数小，吸湿性小。最高使用温度为最高使用温度为750。其缺点是易被压碎而降低保温性能。其缺点是易被压碎而降低保温性能。School of Materials Science and Engineering, CUMT85 3、蛭石、蛭石 蛭石又称为黑云母，具有一般云母外形，易于剥离成蛭石又称为黑云母，具有一般云母