渗碳炉用耐火材料，耐材抗渗透性与耐蚀性的关系介绍

 

耐火材料渗碳炉的标准。

从渗碳炉的工作环境来看，其工作温度不是很高，渗碳的加热温度约为930℃，炉温变化梯度不高。因此，从温度要求的角度来看，一般耐火材料是可选的。但渗碳炉内存在还原性渗碳气氛，要求砌筑耐火材料具有抗渗性能，砌筑衬里耐火材料可选用重质高铝渗碳砖；保温层可选用轻质抗渗碳砖；炉门可选用耐碰撞热稳定性好的抗渗碳砖。为了减少散热损失，可以在轻质抗渗砖和钢甲之间使用一层250mm厚的耐火纤维。

耐火材料的耐渗透性与耐腐蚀性有关。

 

间(t)是抛物线关系。一旦熔渣渗入耐火材料气孔，耐火材料就会溶解并扩散到渗透的熔渣中，熔渣组成的变化速度由扩散速度控制。假设平均气孔半径(r)保持不变耐火材料成分在渣中达到饱和浓度的时间可以用式(2-17)表示。这意味着渗透到耐火材料孔隙中的渣达到饱和的时间非常短，也可以近似地认为渗透到耐火材料中的渣几乎没有变化（或与渗透时间无关）。

然而，由于耐火材料气孔径的不均匀性，耐火材料在熔渣渗透过程中的溶解反应导致熔渣物理性质的变化，耐火材料中温度不均匀等因素的实际渗透深度（LP）小于公式（2-22）计算的深度（L理）。假设熔渣在渗透过程中的物理化学性质不变，对于毛细管-多孔耐火材料，熔渣的渗透深度LP为：

L2p=rtωcosj/2.8b2(2-23)

b-气孔曲折系数。

理论值等于π/2☆1.57，实际值为b=1.6±0.1。

在耐火材料中添加能抑制熔渣渗透的物质时，同一熔渣对耐火材料的渗透深度LP：

L2p=rtのcosj/2.8(2-24)

如果定义R2p=L2p/L2p=羧cosj2/羧cosj2(2-25)

由于润湿程度（保湿量）与耐火材料和渣的性质有关，与渣的渗透时间无关，见式（2-25），RP可定义为耐火材料抗渣渗透系数。从公式(2-25)可以看出，当RP小于1时，添加剂可能会促进渣渗透到耐火材料中(渗透深度大于理论值)；当RP=1时，添加剂对抑制渣渗透没有影响；当大于RP>1时，添加剂可以抑制渣渗透到耐火材料中。RP值越大，熔渣对耐火材料的渗透深度越小，即耐火材料对熔渣渗透的抵抗力越强。

由式(2-25)可导出：

(2-26)

在没有添加抑制熔渣渗透的物质的情况下，格式中霹雳-界面张力；

在添加了抑制熔渣渗透的物质后，耐火固相的界面张力。

由式(2-23)和式(2-25)

L2p=L2p/R2p=rt霹雳/2.8R2p。

由式(2-22)和式(2-24)

L2p=L2理/1.4R2p(2-28)

即L'p=L理/1.18Rp(2-29)

根据Lager(Zager)公式，下面提出了耐火半径r的平均值

r2=8K/ap(2-30)

k-耐火材料的透气性，μm2；

Ap-耐火材料显气孔率，%

耐火材料通过气孔吸收熔渣量(体积v)为:

V=LpSAp(2-31)

S-耐火材料的截面积；

Ap-耐火材料的显孔率；

LP-溶渣的渗透深度。

将式(2-22)和式(2-27)代入式(2-31)得出耐火材料显孔率对熔渣渗透的影响的关系式为:

V2=A3/2K1/2S2t霹雳/R2P(2-32)

由于熔渣渗入耐火材料的孔隙会导致其成分溶解在熔渣中并导致腐蚀，可以认为熔渣的渗透与耐火材料的腐蚀有一定的关系。余仲达和井楠宏(1993年)研究了这种关系。结果表明，镁耐火材料之间存在指数关系，因此他们认为R/Rp应满足以下关系，以有效抑制镁耐火材料的熔蚀：

08(2-33)

(2-34)即R>1.25

型(2-33)和型(2-34)表明镁耐火材料具有以下几点：

1.气孔半径(r)小(钢包熔渣不渗入小于5μm的气孔)；

2.耐火材料的抗渗系数RP应较大；

3.熔渣与耐火材料之间的湿度应较小；

4.熔渣粘度(B)应大。

其中，在耐火材料中添加能增加RP值的物质对提高材料的耐腐蚀性和耐渗透性为有效。因此，RP表明了耐火材料的熔损与熔渣渗透之间的定量关系。

对于特定的耐火材料和熔渣组成，这种耐火材料的溶解特性决定了这种熔渣。根据式(2-27)可以有两种解决方案，以降低耐火材料对熔渣的溶解速度。

1.熔渣与耐火材料之间的润湿量，提高熔渣的粘度；例如，碳化硅和氧化物碳复合耐火材料属于这种耐火材料。

2.可以改变耐火材料和熔渣的性质，增加耐火材料抗溶渣渗透系数的RP值；例如，向镁耐火材料添加Cr2O3ZrO2等耐火材料。

另一个例外是熔渣中使用的耐火材料。由于碳和Zro2可以被V2O5和V2O3湿润，上述两种方法对这种使用条件无能为力。因此，其解决方案主要是选择致密镁原料，采用特殊的颗粒级配，实现气孔径细化r）耐火材料的生产。从而抑制熔渣对耐火材料的渗透。

抗渗碳砖与一般耐火砖的区别在于对氧化铁含量的要求其严格，一般要求在1%以下，因为氧化铁还原后体积膨胀，可以促进砖下碳素的沉积，导致砌体疏松、剥落、强度下降和早期损伤。

 

渗碳炉用耐火材料

对抗渗碳砖的重度和强度要求因使用部位而异。重质抗渗碳转移用于炉内荷载较大或摩擦频繁的部位，如轨道支撑转移、炉口、拱脚砖等；轻质抗渗碳转移用于炉壁、炉顶等部位。

这些热工设备的使用温度相对较低，类似于轧钢厂的加热炉和均热炉。因此，耐火材料基本相同，一般采用铝硅耐火材料。

耐火材料的显著发展趋势是保温节能。因此，轻质保温耐火材料变得越来越重要。轻质粘土砖和硅藻土砖一般用于轻质耐火纤维毡、轻质涂料和轻质浇注料。一般来说，轻质耐火材料的强度相对较低，因此向高强度轻质耐火材料发展。

就渗碳炉的工作环境而言，其工作温度不是很高，渗碳的加热温度在930℃左右，炉温变化梯度也不高。因此，一般耐火材料在温度要求方面是可选的。

渗碳炉内存在还原渗碳气氛，要求砌体耐火材料具有抗渗性，具有抗渗碳砖的性能，砌体衬里耐火材料可选用重质高铝耐火砖；保温层可选用轻质抗渗碳砖；炉门可选用耐碰撞热稳定性好的抗渗碳砖。

轻质防渗砖与钢甲之间可采用一层25*40mm厚的耐火纤维，以减少散热损失。抗渗碳耐火砖与一般耐火砖的区别在于对氧化铁含量的要求其严格，一般要求如下，因为氧化铁还原后体积膨胀，可以促进砖下碳沉积，导致砌体疏松、剥落、强度下降和早期损伤。

据河南耐火材料制造商耐火材料介绍，对抗渗碳砖的重度和强度要求因使用部位而异。重质抗渗碳砖用于炉内荷载大或摩擦频繁的部位，如轨道支撑砖、炉口、拱脚耐火砖等。轻质抗渗碳砖用于炉墙、炉顶等部位。