粉末冶金电炉用重质耐火砖的种类及性能

在粉末冶金电炉炉衬的耐火材料选择中，其耐火材料有很多类，主要以重质耐火砖为主，包括耐火黏土砖、高铝砖、硅砖、电熔刚玉砖、碳化硅砖、炭质砖等。

1.黏土砖

黏土砖由耐火黏土或高岭土(主要组成为Al2O3，SiO2，H2O，并含有6%~7%的金属氧化物如K2O、NaO、CaO、MgO、TiO2、Fe2O3等)组成。黏土砖是以软质黏土(结合剂)与熟黏土混合成型后，在1300~1400℃烧结成的制品。黏土砖含30%~40%的Al2O3，余下为SiO2。黏土砖属弱碱性耐火材料，能抵抗酸性渣的侵蚀，但对碱性渣的抗蚀能力较差，耐急冷急热性很好;荷重软化开始温度125~300℃，耐火度1610~1750℃，最高使用温度1300~1400℃。黏土砖可用来砌筑炉墙、炉顶、炉底、燃烧室等处。但对Fe-Cr-Al电阻丝有腐蚀作用，不宜作为它的搁置砖，而且在控制气氛中易受CO、H2的侵蚀而破坏。

2.高铝砖

高铝砖是指Al2O3含量在48%以上的耐火材料，它是以高铝矾土(Al2O3·SiO2)为原料，在1500℃左右烧成。高铝砖的耐火度为1750~1790℃，荷重软化开始温度为1420~1500℃，抗化学侵蚀性较好，但耐急冷急热性较差。高铝砖的重烧收缩一般较大，这对于含60%~75%Al2O3的高铝砖尤其要注意。在使用烧成温度不足的高铝质马弗炉管或用此高铝砖砌筑炉顶时，由于重烧收缩大，高温使用一段时间后，容易造成顶部下沉或塌落。

3.刚玉砖

刚玉砖是Al2O3含量大于98%的高级耐火材料。根据所用原料不同，刚玉砖又分为电熔刚玉砖和氧化铝刚玉砖两种。刚玉有天然的，也有人造的。人造刚玉一般用工业氧化铝(主要为γ-Al2O3)经过高温煅烧而形成的，也可由非结晶氧化铝原料经过高温电炉熔化制成，常称为电熔刚玉。

电熔刚玉是以电熔刚玉砂为主要原料，并加入适量磷酸铝溶液作胶结剂制成的耐火制品，其成型方法有捣打(或机压)成型法和石膏模浇注成型法。它的烧成温度为1700~1800℃，耐火度为1950℃，荷重软化开始温度为1770℃，耐急冷急热性为50次，密度为3.1~3.4g/cm3，使用温度为1800~1850℃。 由于刚玉制品耐急冷急热性好、硬度大、耐磨性好，可作为高温钼丝炉的炉管等。值得注意的是，刚玉制品要求很高的烧成温度，如果烧成温度低，使用时同样熔易产生重烧收缩，耐磨性也会降低，耐急冷急热性也会变差，这点对卧式连续钼丝炉炉管很重要。氧化铝刚玉砖是采用工业纯氧化铝粉料添加适量的氧化物(氧化钛、氧化铬等)于1600℃以上烧成，或采用98%以上氧化铝烧成的纯氧化铝制品。此类制品使用温度为1750-1850℃，一般用作高温窑炉、电炉炉衬、炉管等。

4.硅砖

硅砖是指含SiO2在93%以上的氧化硅质耐火材料，它是由石英岩粉碎后加石灰乳或其他黏结剂制成的。硅砖属于酸性耐火材料，抗酸性渣能力强，抗碱性渣能力弱，使用时要注意这一点。硅砖的耐火度达1710~1730℃，荷重软化开始温度几乎接近其耐火度，一般在1620~1640℃以上，这是硅砖的最大优点;其缺点是耐急冷急热性差，有时用来砌筑加热炉高温部分，但对间歇式炉子不宜采用。

5.镁砖及镁铝砖

镁砖是由煅烧过的菱镁矿(MgCO3)为原料制成，它含氧化镁80%以上。镁砖属于碱性耐火材料，抗碱蚀性能良好，对抗氧化铁的侵蚀作用较好，耐火度高达2000℃，荷重软化开始温度为1550~1600℃，在高温下长期使用体积稍有收缩，耐急冷急热性不好，水冷只3~5次。镁砖常用来砌筑加热炉炉底。应该注意，镁砖是碱性耐火材料，与黏土砖、高铝砖及硅砖在高温下均有不同程度的反应。

镁铝砖是为了改善镁砖的热稳定性，通过在配料中加入5%~10%Al2O3而形成的镁铝尖晶石(MgO·Al2O3)结合的镁砖，其耐火度2135℃，热震稳定性和耐急冷急热性比镁砖都好，荷重软化开始温度也有所提高，因此是性能优良的耐火材料。

6.碳化硅质耐火制品

碳化硅质耐火制品是以碳化硅为原料，加入结合剂(或不加结合剂)成型后烧制而成的。其制品分为三类：(1)以黏土为结合剂的制品;(2)以其他矿物结合剂(硅铁、石英等)的制品;(3)无结合剂(再结晶)的制品。

碳化硅质耐火材料的机械强度大，抗磨性、耐急冷急热性、导热性(比一般耐火材料大5~10倍)、导电性等都很好，荷重软化点高，变形开始点约1600℃。其缺点是价格贵，使用温度高于1300℃时易被氧化，并易被碱性炉渣所侵蚀，质地越致密的碳化硅材料，其抗氧化性能越好。碳化硅质耐火制品常用作电炉炉衬、马弗式电炉的马弗壁、耐火电热板及电热元件等。

7.石墨质耐火制品

石墨质耐火制品以石墨为原料，软质黏土作结合剂。其品种有优等、一等、二等、三等，耐火度为3000℃，使用温度为2000℃，荷重软化开始温度为1800~1900℃。

8.氧化铝粉

氧化铝粉的熔点为2015℃，它在氧化气氛和强还原气氛下均非常稳定，当温度在1900℃以下时，可以在任何一种类型的气氛中使用。纯氧化铝在低温下有几种晶型结构，如六方型(用α表示)，尖晶石型(化学式为RO·R2O3—类的混合氧化物称为尖晶石，用β表示)，立方型(用γ表示)。但是这些晶型均在加热到温度超过1600℃以上便成为高温稳定的α-Al2O3(刚玉)，这个转变是不可逆的。氧化铝粉在1900℃以下的高温下既可用作耐火材料，同时也是较好的隔热材料。筑炉工常在绕有电热元件的炉管外充填50~100mm厚的Al2O3粉就是这个道理。值得注意的是，如果炉内气氛是碳气氛，碳微粒较容易沉积在氧化铝粉中，对Ni-Cr电阻丝很不利，甚至遭到损坏。氧化铝制品常用作烧结炉的耐火炉衬;也吋用作缠绕钼丝或钨丝的电炉炉管或隔焰套，在氢气或分解氨气氛下操作;还可制成小舟、观察孔套、坩埚等，氧化铝坩埚用来熔化各种金属及氧化物，其化学稳定性极高。