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1、热处理设备,北华航天工业学院 金属材料工程教研室,09:58:45,2,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,09:58:45,3,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。,21 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
2、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。,09:58:45,4,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15801770；(2)高级耐火材料：耐火度为17702000；(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,表31耐火材料的耐火度和使用温度,09:58:45,5,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
3、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,09:58:45,6,表32耐火材料荷重软化点,09:58:45,7,3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
4、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。,09:58:45,8,5.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34耐火制品耐急冷急热性次数,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。,09:58:45,9,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
5、。,粘土砖的主要成分是：30%48A12，50%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0.51.0%。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%。,09:58:45,10,一般黏土砖,硅质耐火材料,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：13001400）。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
6、制气氛中易受CO、H2的侵蚀而损坏。,09:58:45,11,09:58:45,12,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 16501670）,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0.41.3g/cm3，超轻质,3轻质耐火砖与超轻质耐
7、火砖,09:58:45,13,粘土砖可小于0.3 g/cm3(一般粘土砖为2.1 2.2 g/cm3)，因此保温性好(传热损失小).,09:58:45,14,3.轻质楔形砖及斜角楔形砖,09:58:45,15,09:58:45,16,09:58:45,17,09:58:45,18,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：11501400）,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
8、，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,09:58:45,19,耐火纤维制品,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,09:58:45,20,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10001090
9、范围内，其比热容基本相同，为0.81.1kJ/（kg）。晶质耐火纤维主要有多晶质莫来石纤维(72%74A1203),最佳使用温度1300；多晶氧化铝纤维(95%Al)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。,09:58:45,21,莫来石系列制品,莫来石系列制品,莫来石,09:58:45,22,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
10、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：6001100）,6耐火混凝土,09:58:45,23,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
11、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:,09:58:45,24,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
12、粘土熟料粉组成。,(2)金属构件用陶瓷涂料：,09:58:45,25,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。,22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。,09:58:45,26,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
13、被压碎而降低保温能。,1石棉,石棉是天然纤维矿物，主要成3MgO2SiO22H20。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,09:58:45,27,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，AlO3，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
14、,09:58:45,28,岩棉是以玄武岩为主要原料，经高温、熔融制成47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-120600。岩棉制品热导率随密度和温度的不同而变化，=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,09:58:45,29,炉用耐热钢用作炉底板、炉罐、坩埚、辐射管、导轨、料筐、
15、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,09:58:45,30,为满足8001200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。
16、,常用耐火材料和保温材料的最高使用温度如图33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900950之间，应用受到限制.,09:58:45,31,09:58:45,32,09:58:45,33,09:58:45,34,09:58:45,35,09:58:45,36,09:58:45,37,09:58:45,38,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
17、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,09:58:45,39,返回,09:58:45,40,表3-3 熔剂和气氛对耐火砖的影晌,返回,09:58:45,41,莫来石:有称富铝红柱石,无色,晶体呈柱状或针状,熔融温度约1910,是陶瓷制品的主要组分。因为它首先在苏格兰莫来岛发现,故称莫来石。莫来石是一种优质的耐火原料，它具有膨胀均匀、热震稳定性极好、荷重软化点高、高温蠕变值小、硬度大、抗化学腐蚀性好等特点，目前主要有高纯电熔莫来石、普通电熔莫来石、全天然铝矾土精矿烧结莫来石和轻烧莫来石。,返回,09:58:45,42,石棉,硅藻土,碳化硅,返回,09:58:45,43,返回,09:58:45,44,返回,09:58:45,45,09:58:45,46,Thank you!,
