热处理炉用抗渗碳隔热材料的热物性学研究和优化.pdfVIP

第六届工业炉学术交流会 热处理炉用抗渗碳隔热材料的热物性学研究与优化 任燕明1董茂征2 ，， 摘要：为了提高我国热处理行业可控气氛渗碳炉、双推盘式炉内衬用抗渗碳隔热耐火材料的安全性和隔热效率，对国 产高温抗渗碳隔热材料的热物理性能进行了探讨，并且与国外同类产品进行了对比分析。指出了提高抗渗碳隔热材料的 使用寿命。主要是通过改良砖材结构中的矿相组成；而提高国产抗渗碳隔热砖性能的技术途径是对显微组织结构(主要 为气孔形状、大小)的优化以及对Fe203含量的控制。 关键词：热处理炉；抗渗碳；隔热材料；热物理性能；优化． 、 对于炉温高达1100℃的双推盘式炉，隔热技术是其工程实践的关键技术之一，而隔热材料性能的 优劣又是其隔热技术的关键。在双推盘式炉炉墙复合隔热结构的总热阻中，炉墙内壁的抗渗碳高温隔热 材料所占的比例最大，且技术要求最高。对它进行系统而深入的研究，进而对其性能进行优化，对提高 炉墙总体隔热效率及抗渗碳效果，显然具有十分重要的意义和作用。 可控气氛渗碳炉、双推盘式炉在引进翻版时，曾配套引进了相应的各种隔热材料，其中性能较好的 是奥地利的SZ6．N2耐火砖，它既具有致密耐火砖的高温强度，又具有轻质保温砖的隔热性能。为了替 代SZ6．N2耐火砖，国内先后有几家耐火材料制造工厂进行了开发研制。后起之秀一东台市港泰耐火材 料有限公司批量生产的高档次轻质绝热耐火材料(采用松香皂泡沫法生产)是一种国内开创性的，水平 较高的，可代表我国在新型轻质绝热耐火材料这一课题方面的前沿，并经爱协林等品牌工业炉3年多长 时间的考验证实，获得了用户的一致好评与肯定。本工作从理论分析入手，结合电镜，X射线衍射和x 荧光光谱分析等手段，对抗渗碳隔热材料的性能进行了优化研究。 1 理论分析 根据可控气氛渗碳炉、双推盘式炉热工设计的要求，所用高温隔热砖的W(Fe203)≤0．7％，其物理 性能必须符合表1的规定。显然，一般致密耐火砖的耐压强度、抗折强度和重烧线变化率均可达到上述 要求，但热导率和体积密度则达不到要求；一般轻质保温砖则相反，体积密度和热导率可达到要求，但 耐压强度、抗折强度和重烧线变化率则达不到要求。 就给定化学组成的隔热材料而言，强度和隔热性能是相互对立的两个性能。密度增大，导致强度升 高，但热导率也随之上升，隔热性能变差；反之，密度减小导致热导率减小，隔热性能好，但强度则下 110 第六届工业炉学术交流会 降。若不对隔热材料进行优化，则很难同时满足表1所示的强度和隔热性能。 表1 可控气氛渗碳炉、双推盘式炉用高温隔热砖的物理性能 体积密度 重烧线变化率 热导率例．m．1．．K1耐压强度 抗折强度 ／g·m‘3 ，％ (350℃) ／N【Pa 瓜口a 0．60±O．05 一1．o(1400℃×24h) O。17 ≥2．5 ≥1．6 0．80±0．05 —1．0(1450℃×24h) 0．23 ≥3．5 ≥2．0 根据固体导热的微观理论，隔热材料的有效热导率^e。由下列导热因子组成‘¨，即： ／l。鼍厅^矗 _争／|。_，，_J(1) r为气 式中：^。，为固相导热因子；^g为气孔的气相导热因子；^。为气孔的气相对流导热因子；A 孔的辐射导热因子；Ai为相互作用因子。 可控气氛渗碳炉、双推盘式炉用高温隔热砖的气孔率P一般都很大；当其容重为800 kg／m3时，P 大约为75％，当其密度为600 kg／m3时，P大约为83％。显然，气孔是影响高温隔热砖热导率的主要因 素，也是优化其隔热性能的关键。 对隔热材料传熟机理的物理模型所用的数学分析表明，(1)式中诸导热因子分别受到下列(2)～ (6)式中各个量的直接影响，即： ^。钡墨，只W乃