炉や窯の建設において最も高価な決定は、ライニング材料の仕様です。誤解すると、-動作温度の仕様が不足しているか、-良性ゾーンの仕様が過剰-になっているか -、そのコストは早期故障、計画外のダウンタイム、または安価な代替品に比べてパフォーマンス上のメリットが得られない材料の無駄な資本として現れます。
このガイドでは、炉や窯の用途に利用可能な耐熱材料を、600 度から 1700 度の範囲をカバーする温度ゾーンのフレームワークにまとめています。{0}}各ゾーンについて、主要な材料オプション、どれが正しいかを判断する動作条件、ライニングの寿命を縮める一般的な仕様の間違いを特定します。
温度ゾーンが開始点 - であり、終了点ではない理由
温度は最も目に見える動作パラメータであり、ほとんどのライニング仕様はそこから始まります。それは正しいです。しかし、温度だけで材質が決まるわけではありません。同じ温度 -、たとえば 1300 度 - で稼働する 2 つの炉は、一方が高い熱サイクル頻度で還元雰囲気で稼働し、もう一方がスラグと接触せずに酸化雰囲気で連続的に稼働する場合、まったく異なるライニング材料が必要になる可能性があります。
温度ゾーンの選択をオーバーレイする必要がある 3 つの変数は次のとおりです。
大気化学: 酸化性、還元性、中性、または化学的に活性（硫黄含有、アルカリ性、酸性）。{0} 1200 度のきれいな酸化条件では良好に機能する材料でも、同じ温度の還元雰囲気では数か月以内に機能しなくなる可能性があります。高-アルミナレンガは酸化条件によく耐えます。炭化ケイ素は還元条件下でより優れた性能を発揮します。どの材料の分解メカニズムが活性化されるかは雰囲気によって決まります。
熱サイクル周波数: 連続運転は、基本的に周期運転よりもライニング材料への負担が少なくなります。熱サイクルにより、ライニング部品間に膨張差応力が発生します。熱膨張係数の低い材料 - ムライト、セラミック ファイバー - は、膨張係数の高い材料よりもサイクル耐性が優れています。 1400 度の連続使用に定格されている材料でも、炉が 1 日に 3 回サイクルする場合、1200 度では不十分になる可能性があります。
機械的および化学的負荷: ライニングが構造的重量を担っているか、スラグやガラス溶融物と接触しているか、材料の流れによる摩耗を受けているか、または作業中の高温面の背後で保護されているかどうか。高密度の作業用ライニングの背後にあるバックアップ断熱材には、作業用ライニング自体とはまったく異なる要件があります。
以下の選択フレームワークは、温度だけでなく 3 つの変数すべてを考慮しています。
ゾーン 1: 600 度～900 度 - 絶縁支配
この温度範囲は、工業用乾燥機、硬化オーブン、低温熱処理炉、高温窯のバックアップ断熱層をカバーします。-エンジニアリングの主な要件は、耐火性や耐薬品性ではなく、炉シェル - による熱損失を最小限に抑える熱効率 - です。
セラミックファイバーブランケットとボード(600 ～ 900 度のサービス): このゾーンのホットフェイスおよびバックアップ ライニングの標準的な選択肢です。{2}} 1260 度分類グレードのセラミック ファイバー ブランケットは（より高い温度定格にも関わらず）、850 ～ 900 度までの連続使用に対して費用効果が高くなります。-ショットの内容が重要: ショット ファイバーが少ない (ショットの内容<5%) maintains lower thermal conductivity over time compared to standard fiber as shot particles - small dense spheres of non-fibrous material - do not contribute to insulation value.
ケイ酸カルシウム板(600 ～ 900 度のバックアップ): 高密度ケイ酸カルシウム ボードは構造的剛性と優れた圧縮強度を提供し、セラミック ファイバーの低い圧縮強度により設置のリスクが生じるバックアップ位置に適しています。標準グレードの最高連続使用温度は約950～1000度です。
真空断熱パネル(周囲温度から 800 度、スペース-に制約のある用途): VIP はセラミック ファイバーよりも単位厚さあたり 5 ～ 10 倍優れた断熱性を備えており、炉の壁厚を増やすことができない改修用途に適しています。
このゾーンで避けるべきもの: セラミックファイバーまたは軽量断熱システムが適切に機能するホットフェイス材料としての標準的な高密度耐火レンガ。 700 度の炉内の緻密なレンガは不要な熱質量を運びます - 加熱時間が長くなり、サイクルあたりのエネルギー消費量が増加します。-。
ゾーン 2: 900 度から 1200 度 - 高密度断熱レンガとキャスタブル
中域ゾーンは、ほとんどの工業用熱処理炉、セラミック乾燥機、低温トンネルキルン、セメントキルンや石灰キルンの予熱セクションをカバーします。-温度要求は、ホットフェイスを継続的に使用する場合のセラミックファイバーの安全動作範囲を超えていますが、この条件ではまだ最高の密度と最高のアルミナ耐火物が必要ではありません。-
JMシリーズ ムライト断熱れんが(900 ～ 1260 度のホットフェイス):: ムライト断熱レンガは、このゾーンではセラミックファイバーが匹敵することのできない断熱値と使用温度能力の両方を提供します。 JM23 (1260 度) は、最大 1200 度のホットフェイス位置に対応します。- JM26 (1430 度) は、熱的安全マージンが必要な 1250 度に近いアプリケーション向けです。グレード選択ルール: JM グレードは、炉の設定値ではなく、レンガの熱面温度に基づいて決定します。- 緻密な作業ライニングを備えた 1200 度の炉では、バックアップ JM レンガは熱面で 900 ～ 1000 度にしかさらされない可能性があります。
緻密な耐火粘土と高アルミナレンガ-(900 ～ 1200 度): 断熱レンガでは対応できない機械的荷重負担、耐摩耗性、またはスラグ接触が必要な位置用。-耐火粘土レンガ (30 ～ 44% Al₂O₃) が下端を覆っています。高-アルミナレンガ（45～70% Al₂O₃）は、1200 度以上まで移動します。高-アルミナの範囲内での選択は、熱サイクルの厳しさに依存します。-低級のAl₂O₃グレードは、相組成効果により、高純度のグレードより優れた耐熱衝撃性を備えています。-
低セメントキャスタブル（LCC）(予熱器および入口ゾーンでは 900 ～ 1200 度): モノリシック設置により、この温度範囲でのアルカリと化学物質の浸透の主な経路であるレンガの接合部が排除されます。-。 700 ～ 950 度のセメントキルン予熱器サイクロンと 800 ～ 1000 度の入口ゾーンは標準的な LCC 用途であり、ジョイントがないため、レンガと比較してライニングの寿命が大幅に延長されます。
ゾーン 3: 1200 度～1400 度 - 高-アルミナと特殊レンガ
材料選択の決定が最も大きな影響を与える範囲 - ほとんどの工業用窯や炉がこのゾーンで稼働し、材料グレード間のコスト差が大きくなります。ここでは、温度、サイクル、雰囲気の相互作用によって、標準の高アルミナれんが、ムライトれんが、または特殊製品が必要かどうかが決まります。{2}}
緻密なムライトレンガ(1200 ～ 1600 度、サイクル用途): 熱サイクル頻度が 1 週間あたり 2 ～ 3 サイクルを超え、動作温度が 1200 ～ 1500 度の範囲にある場合、緻密なムライトレンガは標準的な高-アルミナレンガよりも優れた性能を発揮します。ムライト相の低い熱膨張係数（5.3～5.7 × 10-6/度、高-アルミナの場合は7.5～8.5 × 10-6/度）により、サイクル応力が軽減され、シャトルキルン、バッチ熱処理、および断続的焼成用途におけるライニング寿命が延長されます。
高-アルミナれんが 70% 以上 Al₂O₃(1200 ～ 1500 度、連続運転): この範囲の連続キルンおよび炉用途の大部分の標準仕様。トンネルキルン構造レンガ、ロータリーキルン移行ゾーン、熱処理炉床。 70% Al₂O₃ の閾値は重要です - が 70% 未満では、ガラス相含有量が増加し、1300 度を超えると熱間強度が著しく低下します。
リン酸塩-結合高-アルミナれんが(1000 ～ 1400 度、摩耗 + サイクル): AlPO₄ 接合システムは、セラミック接合がまだ十分に発達していない 600 ～ 1000 度の中間温度範囲で高い強度を提供します。摩耗と熱サイクルを組み合わせたロータリー キルンの焼成ゾーンおよび位置では、リン酸塩-結合グレードが中間温度範囲で標準のセラミック-結合レンガよりも優れた性能を発揮します。
高-アルミナジルコニアれんが (1200 ～ 1500 度、サイクリング + 腐食条件): 熱サイクルと、スラグ、ガラスのキャリーオーバー-、またはプロセス化学による化学的攻撃 - - の両方が同時に存在する場合、高{6}}アルミナ マトリックスに ZrO₂ を添加すると、標準的な高-アルミナれんがにはない変態強化が得られます. 8 - 10% の ZrO₂ が標準添加ですほとんどのアプリケーションに対応できる範囲です。
ゾーン 4: 1400 度から 1600 度 - 業界別の先進耐火物
1400 度を超えると、材料の選択は非常に業界固有のものになります。-同じ温度範囲であっても、ガラス炉、セメント窯、製鉄所ではまったく異なる材料が必要となります。
鋼と鉄: マグネシアカーボンレンガ（MgO-C）鋼取鍋作業ライニングおよび EAF/BOF スラグ ライン用途向け。{0}}炭素相は耐熱衝撃性を提供し、スラグ腐食を抑制する局所的な還元性雰囲気を生成します。炭素含有量の選択 (5 ～ 14%) は、炭素の酸化速度と熱サイクルの激しさ - に依存します。このトレードオフは取鍋の動作パターンによって異なります。
セメント: 燃焼ゾーン (1350 ～ 1450 度) 用の MgO-Al₂O₃ スピネルれんが。その場でのスピネル相の形成により、耐熱衝撃性が提供され、クリンカーコーティングの形成がサポートされます。環境規制によるマグネシア クロムれんがの段階的廃止に伴い、クロムフリーの配合が標準となっています。{6}
陶磁器と特殊品: トンネルキルンのホットゾーンとシャトルキルンのアーチ用の高純度ムライトレンガ(70～75% Al₂O₃)-。高密度で化学量論に近いムライトは、温度でのガラス相のクリープを最小限に抑え、長期のキャンペーンにわたって寸法安定性を維持します。
石油化学: 改質炉ライニング用の低セメントキャスタブルおよびセラミックファイバーモジュール。改質装置における高速還元ガス、熱サイクル、正確な温度制御を組み合わせるには、プロセス ガスによる接合部の浸透を避けるためにレンガ上のモノリシック システムが必要です。-
ゾーン 5: 1600 度～1700 度 + - 特殊セラミックおよび溶融鋳造
1600 度を超えると、フィールドは大幅に狭くなります。ほとんどのアルミナ-シリカ耐火物は、このゾーンで実際の使用限界に近いかそれを超えて稼働しています。
AZSガラス炉用耐火物 (1450 ～ 1600 度、ガラスに直接接触): 溶融鋳造 AZS-33 および AZS-36 は、プール底部および側壁ゾーンの確立された標準です。溶融鋳造微細構造の空隙率がほぼゼロであるため、ガラスの浸入が排除され、ZrO₂ コランダム結晶のインターロックにより、どの焼結代替品よりもはるかに優れた溶解耐性が得られます。プール底溶融鋳造 AZS-36 のキャンペーン寿命は、フロート ガラス炉で通常 8 ～ 12 年です。
高純度-コランダムとムライト-コランダムレンガ(1600 ～ 1700 度): 極度の温度でのセラミック焼結、プラチナ溶解サポート、ムライト天井上の特殊用途向け。-この温度範囲では、アルミナ-シリカ材料のガラス相分率が性能の主要な制限になります-材料は、残留ガラス相含有量を最小限に抑えるために95%以上のAl₂O₃と指定する必要があります。
炭化ケイ素耐火物(特定の雰囲気で 600 ～ 1600 度): SiC は高温の一般的な溶液ではありません-。活性な酸化を防ぐ保護 SiO₂ 表面層を形成および維持するには、特定の雰囲気条件が必要です。還元雰囲気または窒素雰囲気では、SiC はアルミナ-材料を損なう温度でも構造の完全性と熱伝導率を維持します。エレクトロニクスおよび工業用セラミックス製造における窯設備の場合、SiC は同等のアルミナ材料よりも単位重量あたりの構造負荷が大幅に大きくなります。
エンジニアリング上の決定チェックリスト
炉内張りの仕様を最終決定する前に、次の 6 つの質問に対する答えを確認してください。
レンガのように熱い-顔の温度は何度ですか- は炉の設定値ではなく、特定の層が認識する温度ですか?
大気化学とは何ですか- 酸化性、還元性、中性、硫黄含有-、それともアルカリ性ですか?
1週間あたりの熱サイクルの数- は連続動作ですか?それとも周期的ですか?
スラグ、ガラス、またはプロセス化学物質との直接接触はありますか?- それとも裏地は保護されていますか?
機械的負荷とは何ですか- 自重のみ、それとも構造荷重と衝撃ですか?
目標キャンペーン期間とは何ですか- そして、運用パターンはそのターゲットをサポートしていますか?
材料データシートがどれほど包括的であるように見えても、6 つの質問すべてに答えることができないライニング仕様は不完全です。
エンジニアリングサポート
複数のゾーンにわたる炉用途向けの耐熱材料を選択するには、温度データを雰囲気分析、サイクル履歴、およびキャンペーン寿命目標と統合する必要があります。当社は、ローエンドのセラミック繊維やケイ酸カルシウム板から、ハイエンドの緻密なムライトレンガ、高アルミナジルコニアレンガ、溶融鋳造AZSまで、このガイド-でカバーされている全温度範囲にわたる耐火材料を供給しています。
新しい炉ライニングを指定する場合、または既存の設備の早期故障を調査する場合は、ゾーン温度プロファイル、雰囲気化学、およびサイクル パターンを当社に送信してください。サポートデータとともに、各ゾーンに適切な材料グレードを推奨します。
