第二章-热处理设备常用材料-课二47张课件

热处理设备主讲教师：范涛北华航天工业学院

金属材料工程教研室8/12/20231热处理设备主讲教师：范涛北华航天工业学院8/2/20231内容：重点：要求：炉用耐火材料、保温材料、耐热金属材料各种筑炉材料的性能和用途；通过本次课的学习，在了解各种筑炉材料性能特点的基础上，能正确的选用。第二章热处理设备常用材料8/12/20232内容：重点：要求：炉用耐火材料、保温材耐火材料的性能可以分为物理性能和工作性能。

物理性能：体积密度，真比重，气孔率，吸水率，透气性，耐压强度，热膨胀性热性，导电性，热容量等。

工作性能：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。§2—1耐火材料凡是能够抵抗高温并承受在高温下所产生的物理、化学作用的材料，统称为耐火材料。一、耐火材料的性能1．耐火度耐火度是耐火材料抵抗高温作用的性能，表示材料受热后软化到一定程度时的温度。8/12/20233耐火材料的性能可以分为物理性能和工作性能。§2—1耐按耐火度的不同，可将耐火材料分为：(1)普通耐火材料：耐火度为1580℃—1770℃；(2)高级耐火材料：耐火度为1770℃—2000℃；(3)

特级耐火材料：耐火度为2000℃以上。耐火材料的耐火度主要决定于成分，它不是熔点，也不是实际使用温度。见下表3-1砖的名称粘土砖轻质粘土砖高铝砖硅砖镁砖耐火度（℃）使用温度（℃）1610~17301300~14001670~17101150~14001750~17901650~16701690~17101600~165020001650~1670表3—1耐火材料的耐火度和使用温度8/12/20234按耐火度的不同，可将耐火材料分为：砖的名称粘土砖轻质粘土砖高荷重软化点

是作为评定耐火材料高温结构强度的指标。荷重软化点是指在固定的压力下，耐火材料开始变形及变形到一定程度时的温度。见表3-2在这个压力下按一定的加热速度升温，测出试样开始变形的温度称为荷重软化开始点；试样压缩变形达4％、40%的温度，称为荷重软化4％或40%的软化点。一般情况下耐火材料的使用温度应低于荷重软化点。2．高温结构强度—荷重软化点8/12/20235荷重软化点2．高温结构强度—荷重软化点8/2/20235耐火材料名称粘土砖高铝砖硅砖镁砖荷重软化开始点（℃）1250~14001400~15301620~16501470~1520表3—2耐火材料荷重软化点8/12/20236耐火材料名称粘土砖高铝砖硅砖镁砖荷重软化开始点（℃）1250

3．高温下的化学稳定性它是指耐火材料在高温下抵抗熔渣、熔盐、电热体、炉内气氛等的化学作用和物理作用的性能。表3-3列举出熔剂和气氛对一些耐火材料的影响。4．耐急冷急热性（热震稳定性）看表它是耐火砖热稳定性的指标，它表示制品抵抗温度急剧变化而不损坏的性质。耐急冷急热性和耐火制品的物理性能、形状大小等因素有关。测定时将耐火制品加热到850℃,然后放入流动的冷水中冷却，反复进行直至破碎至其重量损失20%时的次数。该次数做为耐火制品的耐急冷急热性的指标。8/12/202373．高温下的化学稳定性它是指耐火材料在高温5.在高温下体积稳定性常用耐火制品的耐急冷急热性指标如下表表3—4耐火制品耐急冷急热性次数砖的种类粘土砖硅砖镁砖高铝砖次数5~251~42~35~6耐火材料(砖)在高温下长期使用时，其相成分会继续变化，产生再结晶和进一步烧结现象，因此耐火砖体积会发生收缩或膨胀。这种收缩(或膨胀)是不可逆的，称做残余收缩(或膨胀)，又称重烧收缩(或膨胀)。若体积变化过大，会使炉体变形，砌体强度和寿命受到影响，严重时会造成砌体损坏。8/12/202385.在高温下体积稳定性常用耐火制品的耐急冷急热性指标如下表表热处理炉常用耐火材料有：粘土砖、高铝砖、轻质耐火粘土砖、硅酸铝耐火纤维和耐火混凝土、耐火涂料等。

粘土砖的主要成分是：30%~48％A12Ｏ３，50%~60%SiO2，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，1．耐火粘土砖二、常用耐火材料特别在砌筑拱顶时更应注意不要采用残余变形过大的耐火砖。一般要求各种耐火制品的残余胀缩不超过0.5~1.0%。粘土砖和高铝砖的重烧线收缩为0.51%(1350℃)，硅砖的重烧线膨胀为0.8%。8/12/20239热处理炉常用耐火材料有：粘土砖、高铝砖、轻质一般黏土砖硅质耐火材轻质制品是最常用的耐火材料。可用于砌筑炉顶、炉底、炉墙及燃烧室等。(使用温度：1300~1400℃）。铁铬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。粘土砖在控制气氛中易受CO、H2的侵蚀而损坏。8/12/202310一般黏土砖硅轻质制品是最常用的耐火材料。可用于砌筑炉顶、炉底8/12/2023118/2/202311

高铝砖中含AL2O3大于48%，其余主要是SiO2，杂质很少。随AL2O3含量的增加，颜色变浅。当AL2O3大于85%，变为白色，叫白刚玉。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带的搁砖、热电偶导管、马弗炉的炉芯等。（使用温度：1500℃左右，也有说

1650~1670℃）

2．高铝砖轻质耐火砖一般是粘土砖，也有高铝砖。其成分与一般粘土砖和高铝砖相同，但因制造方法不同，其气孔率很高，体积密度很小，轻质粘土砖为0.4~1.3g/cm3，超轻质3．轻质耐火砖与超轻质耐火砖8/12/202312高铝砖中含AL2O3大于48%，其余主要是Si粘土砖可小于0.3g/cm3(一般粘土砖为2.1~2.2g/cm3)，因此保温性好(传热损失小).8/12/202313粘土砖可小于0.3g/cm3(一般粘土砖为2.1~2.3.轻质楔形砖及斜角楔形砖8/12/2023143.轻质楔形砖及斜角楔形砖8/2/2023148/12/2023158/2/2023158/12/2023168/2/2023168/12/2023178/2/202317轻质砖与超轻质砖热容量小(炉子的蓄热损失小)但是，高温强度低，高温化学稳定性差。宜用做炉墙和炉顶。在高温结构强度和耐火度满足要求的情况下，应尽可能选用轻质粘土砖。（使用温度：1150~1400℃）碳化硅耐火制品主要化学成分是SiO2，其耐火度高，高温结构强度高，抗磨性、耐急热性好，导热性及导电性好。根据其制造工艺的不同，可用作高温炉的电热元件、马弗炉的马弗罐、高温炉的炉底板等。

(保守1350℃左右).

4．碳化硅耐火制品8/12/202318轻质砖与超轻质砖热容量小(炉子的蓄热损失小)但是，高温强度低耐火纤维制是一种新型的耐火材料。特点：耐火，保温，体积密度小，热导率小，比热容小，耐急冷急热性好。根据原料不同分类：硅酸铝、石英、氧化铝和石墨耐火纤维等。产品：纤维毡、纤维板、纤维砖、纤维绳等。5．耐火纤维8/12/202319耐是一种新型的耐火材料。特点：耐火，保温，体积密纤维毡可用机械固定或粘结剂粘贴固定于炉墙上，也可制成预制块或预制板或夹于两层耐火材料中间使用。常用玻璃质硅酸铝耐火纤维为非晶质，包括普通硅酸铝纤维、高纯硅酸铝纤维、含铬硅酸铝纤维，长期使用温度为1000~1200℃，在温度为1000~1090℃范围内，其比热容基本相同，为0.8~1.1kJ/（kg﹒℃）。晶质耐火纤维主要有多晶质莫来石纤维(72%~74％A1203),最佳使用温度1300℃；多晶氧化铝纤维(95%Al２Ｏ３)长期使用温度1400℃，最高使用温度1600℃。一般热处理炉用硅酸铝纤维，真空炉、热压炉和气氛炉使用石墨纤维。耐火纤维的缺点是受制造工艺和设备的限制，某些气氛对耐火纤维有腐蚀作用，影响了它的使用范围。8/12/202320纤维毡可用机械固定或粘结剂粘贴固定于炉墙上，也可制成预制块或莫来石系列制品莫来石系列制品莫来石8/12/202321莫来石系列制品莫来石系列制品莫来石8/2/202321耐火混凝土是以一定粒度的矾土熟料为骨料，细粉状矾土熟料为掺合料加水，按一定比例混合，用水泥胶结、成型、硬化后得到的耐火材料。其优点:可以浇捣成整体炉衬，便于制造复杂构件，修炉和砌炉的速度快，炉子寿命长，成本低。缺点:耐火度低于耐火砖。根据所用的胶结材料(水泥)不同，耐火混凝土可分为硅酸盐耐火混凝土、铝酸盐耐火混凝土、磷酸盐耐火混凝土和水玻璃耐火混凝土等。热处理常用铝酸盐耐火混凝土和磷酸盐耐火混凝土。（使用温度：600~1100℃）6．耐火混凝土8/12/202322耐火混凝土是以一定粒度的矾土熟料为骨料，细它是氧化锆加水调制而成，无毒、不可燃，在室温下涂敷于耐火材料表面，在空气中干燥5分钟即成。陶瓷材料的辐射能力强，因而炉子升温速度快、炉温均匀，可降低能耗15%一30%。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氧化性气氛扩散渗透，能成倍地提高耐火村料的使用寿命。这种涂料的应用范围广，除石墨以外的其它耐火材料均可徐这种涂料。使用温度高达2482℃。7．陶瓷涂料(1)耐火材料用陶瓷涂料:8/12/202323它是氧化锆加水调制而成，无毒、不可燃，在室温下涂敷它是用水调制的硅酸铝涂料，无毒、不可燃，可涂敷于电热元件、辐射管、换热器、料筐等表面。其特点是:不影响炉内气氛;不影响被涂金属的物理化学性质和机械性能，还可防止被涂金属氧化、脱碳或渗碳，防化学侵蚀;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。可大幅度地提高金属构件的使用寿命(50%以上)。连续使用温度1038℃。

8．耐火泥耐火泥应接近于砌体成分，具有一定耐火度和化学稳定性。耐火泥由20%~40%的耐火粘土生料和60%~80%的耐火粘土熟料粉组成。(2)金属构件用陶瓷涂料：8/12/202324它是用水调制的硅酸铝涂料，无毒、不可燃，可为减少炉子热传导引起的热损失，提高炉子的热效率耐火层外需砌一层保温材料。保温材料具有体积密度小，气孔率高，热容量小，热导率小等特点。工程上把λ值小于0.25W/(m﹒℃)的材料称为保温材料。常用保温材料有:石棉、矿渣棉、蛭石、硅藻土、膨胀珍珠岩、岩棉以及超轻质耐火砖等。它们常以散料或制成制品使用，近些年来新炉型不提倡使用散料。§2—2保温材料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，生料量越多，则强度越低。8/12/202325为减少炉子热传导引起的热损失，提高炉子的热矿渣棉是用高炉炉渣经加工处理而成纤维状材料。最高使用温度为750℃。其缺点是易被压碎而降低保温能。1．石棉石棉是天然纤维矿物，主要成3MgO﹒2SiO2﹒2H20。使用温度不超过500℃，因为500℃以上会脱水而粉化。常加工成石棉绳、石棉板、石棉布等形状使用。2．矿渣棉8/12/202326矿渣棉是用高炉炉渣经加工处理而成纤维状材料。最高使硅藻土是有机藻类腐败形成的天然疏松多孔物质。主要成分是SiO2。使用温度低于900℃。大多数制成硅藻土砖使用，也可散状使用。

蛭石又称为黑云母，主要成分是SiO2，Al２O3，Fe2O3，MgO和5%一10%的化合水。受热时，其中的水分急剧蒸发，体积膨胀而成膨胀蛭石，体积密度减小，因而保温性能良好。使用时可以是散状，也可胶结成各种形状的保温制品。最高使用温度可达1000℃。3．蛭石4．硅藻土8/12/202327硅藻土是有机藻类腐败形成的天然疏松多孔物质。主岩棉是以玄武岩为主要原料，经高温、熔融制成4—7μｍ人造无机纤维，加工成板、管、毡等，是一种新型轻质保温材料，具有良好的化学稳定性、耐热性，工作温度为-120~600℃。岩棉制品热导率随密度和温度的不同而变化，ρ=80kg/m3的岩棉毡室温下热导率为0.0250W/(m﹒℃)，平均温度400℃时，热导率为0.125W(m﹒℃)。6．岩棉膨胀珍珠岩是以含70%SiO2的天然珍珠岩为主要原料烧制而成的良好保温材料。其体积密度小，热导率小，使用温度可达1000℃，既可散料使用，又可制成不同形状的砖使用。5．膨胀珍珠岩8/12/202328岩棉是以玄武岩为主要原料，经高温、熔融制成4—炉用耐热钢用作炉底板、炉罐、坩埚、辐射管、导轨、料筐、炉辊、传送带、夹具、紧固件、电热元件及其引出捧等。1．普通金属材料普通金属材料用作炉子的外壳和构架。如Q235A钢板，角钢，槽钢，工字钢等。2．炉用耐热钢炉用金属材料分为炉外用金属材料和炉内用耐热钢。因炉内构件是在高温下工作，承受一定载荷，并受高温介质的化学腐蚀，要求具有良好的抗高温氧化性和高温强度。所以要用耐热钢来制造。§2-3炉用金属材料实物8/12/202329炉用耐热钢用作炉底板、炉罐、坩埚、辐射管、导轨、料

为满足800~1200℃使用范围，80年代研制出了3Cr24Ni7SiNRE耐热钢，这种耐热钢性能超过了3Cr18Ni25Si2，具有良好的高温强度、塑性、抗氧化性、耐急冷急热性等，同时还具有良好的加工性、焊接性和铸造性。

常用耐火材料和保温材料的最高使用温度如图3—3所示，其它性能指标见附表3，附表4，常用耐火砖的形状尺寸见附表5。早期我国多用3Cr18Ni25Si2,1Cr25Ni20Si2等。由于这类钢含镍高，50年代后期普遍采用铬锰氮和铬锰氮硅钢，用于多种铸造构件。铬锰氮钢焊接性能差，只能以铸态制成构件，使用温度在900~950℃之间，应用受到限制.8/12/202330为满足800~1200℃使用范围，80年代研制出了38/12/2023318/2/2023318/12/2023328/2/2023328/12/2023338/2/2023338/12/2023348/2/2023348/12/2023358/2/2023358/12/2023368/2/2023368/12/2023378/2/202337小结：耐火材料和保温材料是热处理炉重要的砌筑材料，耐火材料和保温材料的选择，直接影响到炉子的使用寿命和炉子的热利用效率；炉用钢材分两类，外用部分主要是支撑炉体、做炉壳、炉门和升降机构，内用部分主要是做炉底板。思考题：耐火材料和保温材料都有哪些，其主要用途是什么?结束8/12/202338结束8/2/202338返回8/12/202339返回8/2/202339砖的种类碱性溶剂酸性溶剂氧化气氛还原气氛粘土砖有作用。其损坏速度根据化学成分、颗粒度、气孔率而定作用微弱不损坏1400℃以下抵抗较好，因砖中Fe2O3的影响，CO在400~500℃时损坏耐火砖。高铝砖抵抗较好抵抗尚好不损坏1400℃以下较好，硅砖作用激烈抵抗较好