对于热风炉而言，其内部从上至下存在着巨大的温度梯度，这一核心工况决定了其耐火材料的配置绝非一成不变，而是需要针对不同区域的严苛环境进行精细化、差异化的设计。为保证热风炉长期稳定运行，对各个部位耐火材料的选型与性能把控是设计的重中之重。
拱顶，作为连接燃烧室与蓄热室的关键枢纽，其核心使命是在超过1400°C的极端高温下维持结构的绝对稳定，并确保高温烟气能够均匀地进入蓄热室。为了有效分散应力，避免对炉壳产生不稳定的侧向推力，拱顶通常被设计成球形结构。
在如此高温的服役环境下，拱顶工作层材料的选择极为苛刻，通常采用硅砖、莫来石砖、硅线石砖、红柱石砖或具备优良高温性能的低蠕变高铝砖。其外侧则辅以硅藻土砖或保温黏土砖作为绝热层，最外层再填充水渣或水渣硅藻土，构成一个完整的高效隔热体系。
图1 常见耐火砖的热膨胀曲线：1—镁砖; 2—硅砖; 3—镁铬砖; 4—半硅砖; 5,7—黏土砖; 6—高铝砖
其中，硅砖因其优异的荷重软化温度和高温体积稳定性，成为拱顶区的常用材料。其理化性能指标需满足特定要求。
表1 热风炉用硅砖的理化指标 (YB/T 133—2005)
| 项目 | 规定值 (RG-95) |
|---|---|
| 化学成分 (质量分数)/% | |
| SiO2 | ≥95 |
| Al2O3 | ≤1.0 |
| Fe2O3 | ≤1.3 |
| 显气孔率/% | ≤22 (24) |
| 显密度/g·cm-3 | ≤2.32 |
| 常温耐压强度/MPa | ≥45 (35) |
| 残余石英/% | ≤1.0 |
| 荷重软化温度 (T0.6)/°C | ≥1650 |
| 蠕变率 (0.2MPa×1550°C×50h)/% | ≤0.8 |
| 热膨胀率 (1000°C)/% | ≤1.25 |
热风炉大墙，即炉体的围墙部分，同样采用分层复合结构。其工作层砖的选型直接取决于所处高度的温度。炉体上部因温度最高，常选用硅砖、莫来石砖等高级耐火材料。随着高度下降、温度降低，中、下部则可采用高铝砖、硅线石砖及黏土砖。工作层厚度通常在300~500mm之间。
为实现优异的保温效果，大墙与炉壳之间会砌筑一层硅藻土绝热层，并在两者间填充干水渣。在温度尤为严酷的高温区，有时还会在工作层砖外侧增设一层轻质黏土砖，形成双重保温结构，以最大程度减少热量损失。
蓄热室是热风炉的心脏，内部充满了用于热交换的格子砖。其功能是高效回收烟气中的热量，再预热助燃空气。因此，作为蓄热和传热介质的格子砖，必须具备大的受热面积、高热导率和高热容量。为增大受热面积，现代热风炉的设计趋势是增加单位面积内格子砖的孔数。
为了进一步提升热交换效率，欧洲一些热风炉的格子砖甚至采用了“黑硅砖”，这种砖因含有较高的氧化铁而密度与热导率更大，蓄热能力更强。
蓄热室内部同样遵循着垂直温度分区的原则来配置材料：
不同区域所用耐火砖的性能指标差异显著，其蠕变率、荷重软化温度、抗热震性等都是评估其适用性的关键。精确测量这些高温性能参数，对确保热风炉的安全与高效至关重要。如果您在实际工作中也面临类似的耐火材料高温性能检测挑战，我们非常乐意与您一同探讨解决方案。
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表2 热风炉用普通黏土砖的理化指标 (YB/T 5107—2004)
| 项目 | 指 标 | ||
|---|---|---|---|
| RN-42 | RN-40 | RN-36 | |
| Al2O3质量分数 (不小于)/% | 42 | 40 | 36 |
| 体积密度/g·cm-3 | 2.00~2.20 | 2.00~2.20 | 2.00~2.20 |
| 显气孔率 (不大于)/% | 22 (24) | 22 (24) | 22 (24) |
| 常温耐压强度 (不小于)/MPa | 35 | 30 | 25 |
| 0.2MPa荷重软化开始温度 (不小于)/°C | 1410 | 1350 | 1300 |
| 加热永久线变化/% | |||
| 1400°C×2h | -0.4~0 | — | — |
| 1350°C×2h | — | -0.5~0 | -0.5~0 |
| 抗热震性 (1100°C, 水冷)/次 | 提供数据 | 提供数据 | 提供数据 |
| 注：括号内数值为蓄热室格子砖的指标。 |
表3 热风炉用低蠕变黏土砖的理化指标 (YB/T 5107—2004)
| 项目 | 指 标 | |||
|---|---|---|---|---|
| DRN-125 | DRN-120 | DRN-115 | DRN-110 | |
| Al2O3质量分数 (不小于)/% | 45 | 42 | 40 | 36 |
| 体积密度/g·cm-3 | 2.15~2.35 | 2.00~2.20 | 2.00~2.20 | 2.00~2.20 |
| 显气孔率 (不大于)/% | 22 (24) | 22 (24) | 22 (24) | 22 (24) |
| 常温耐压强度 (不大于)/MPa | 40 | 35 | 30 | 25 |
| 压蠕变率 (0.2MPa×50h) (不大于)/% | 0.8(1250°C) | 0.8(1200°C) | 0.8(1150°C) | 0.8(1100°C) |
| 加热永久线变化/% | ||||
| 1400°C×2h | -0.3~0.1 | — | — | — |
| 1350°C×2h | — | -0.3~0.1 | — | — |
| 1300°C×2h | — | — | -0.4~0.1 | — |
| 抗热震性 (1100°C, 水冷)/次 | — | — | — | -0.4~0.1 |
表4 热风炉用普通高铝砖的理化指标 (YB/T 5016—2000)
| 项目 | 指 标 | ||
|---|---|---|---|
| RL-65 | RL-55 | RL-48 | |
| Al2O3质量分数 (不小于)/% | 65 | 55 | 48 |
| 耐火度 (不低于)/°C | 1780 | 1760 | 1740 |
| 0.2MPa荷重软化开始温度 (不低于)/°C | 1500 | 1470 | 1420 |
| 重烧线变化/% | |||
| 1500°C, 2h | 0.1~0.4 | 0.1~0.4 | — |
| 1450°C, 2h | — | — | 0.1~0.4 |
| 显气孔率 (不大于)/% | 22 (24) | 22 (24) | 22 (24) |
| 常温耐压强度 (不小于)/MPa | 50 | 45 | 40 |
| 抗热震性 (1100°C, 水冷) (不小于)/次 | 6 (炉顶、炉壁砖) | 6 (炉顶、炉壁砖) | 6 (炉顶、炉壁砖) |
燃烧室是煤气燃烧的核心空间，其结构与热风炉的炉型息息相关。外燃式热风炉的燃烧室与蓄热室相互独立；内燃式则将二者置于同一大墙内，以隔墙分开；而顶燃式则将燃烧室设在蓄热室的顶部。
无论结构如何，燃烧室的材料配置也遵循温度分区原则。高温区采用硅砖、莫来石砖或低蠕变高铝砖，而中、低温区域则使用高铝砖和黏土砖。
表5 热风炉用低蠕变高铝砖的理化指标 (YB/T 5016—2000)
| 项目 | 指 标 |
|---|---|
| DRL-155 / DRL-150 / DRL-145 / DRL-140 / DRL-135 / DRL-130 / DRL-127 | |
| Al2O3质量分数 (不小于)/% | 75 / 75 / 65 / 65 / 65 / 60 / 50 |
| 显气孔率 (不大于)/% | 20 / 21 / 21 / 22 / 22 / 22 / 23 |
| 体积密度/g·cm-3 | 2.65~2.85 / 2.65~2.85 / 2.50~2.70 / 2.40~2.60 / 2.35~2.55 / 2.30~2.50 / 2.30~2.50 |
| 常温耐压强度 (不小于)/MPa | 60 / 60 / 60 / 55 / 55 / 55 / 50 |
| 蠕变率 (0.2MPa×50h) (不大于)/% | 0.8(1550°C) / 0.8(1500°C) / 0.8(1450°C) / 0.8(1400°C) / 0.8(1350°C) / 0.8(1300°C) / 0.8(1270°C) |
| 重烧线变化/% (1550°C×2h) | 0.1~0.2 |
| 重烧线变化/% (1450°C×2h) | 0.1~0.2 / 0.1~0.4 / 0.1~0.4 / 0.1~0.4 / 0.1~0.4 |
| 抗热震性 (1100°C, 水冷/次) | 提供数据 (炉顶、炉底砖) |
| 注：体积密度为设计用砖量的参考指标，不做考核。 |
在内燃式热风炉中，隔墙用于分离燃烧室和蓄热室。与单面受热的大墙不同，隔墙是双面受热，这导致其热膨胀问题更为突出，易向格子砖一侧发生倒塌。同时，隔墙下部两侧的温差会引发不均匀膨胀，可能导致墙体弯曲开裂，威胁到底部炉箅子和支柱的安全。因此，在砌筑时必须预留足够的膨胀缝并采取加固措施。其使用的耐火材料与燃烧室相同。
燃烧器是混合煤气与空气并送入燃烧的设备，材质分为金属和陶瓷两类。陶瓷燃烧器因其卓越的耐高温性能而备受青睐，其主要材质为莫来石质或堇青石-莫来石质。堇青石因其极低的热膨胀系数而具备超强的抗热震性，是制造陶瓷燃烧器的理想材料。
表6 热风炉陶瓷燃烧器用堇青石砖的理化指标 (YB/T 4128—2005)
| 项目 | 规定值 | |
|---|---|---|
| RT-A | RT-B | |
| Al2O3质量分数 (不小于)/% | 46 | 55 |
| Fe2O3质量分数 (不大于)/% | 2.0 | 1.5 |
| MgO质量分数 (不大于)/% | 3.0 | 3.0 |
| Na2O+K2O质量分数 (不大于)/% | 1.5 | 1.0 |
| 显气孔率 (不大于)/% | 25 | 23 |
| 体积密度 (不小于)/g·cm-3 | 2.15 | 2.30 |
| 常温耐压强度 (不小于)/MPa | 40 | 55 |
| 0.2MPa荷重软化温度 (°C0.6) (不小于)/°C | 1420 | 1520 |
| 加热永久线变化/% | ±0.2(1350°C×2h) | ±0.2(1400°C×2h) |
| 抗热震性 (1100°C, 水冷) (不小于)/次 | 40 | 70 |
作为实践参考，国内某大型钢企（如宝钢）的外燃式热风炉耐火材料配置，集中体现了上述选材原则。
表7 宝钢外燃式热风炉用耐火材料配置（示例）
| 部位 | 位置 | 耐火材料 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 蓄热室大墙 | 上部 | 硅砖 | 备选：莫来石砖 |
| 中部 | 高铝砖 | ||
| 下部 | 黏土砖 | ||
| 蓄热室格子砖 | 上部 | 硅砖 | 备选：莫来石砖 |
| 中部 | 高铝砖 | ||
| 下部 | 黏土砖 | ||
| 两拱顶 | 硅砖 | 炉皮可能存在高温酸性气体腐蚀 | |
| 燃烧室 | 上部 | 硅砖 | 备选：莫来石砖 |
| 下部 | 高铝砖 | ||
| 混风室 | 高铝砖 | 备选：莫来石砖 | |
| 陶瓷燃烧器 | 上部 | 堇青石砖 | |
| 下部 | 黏土砖 | ||
| 冷风管 | 黏土砖 | ||
| 热风管 | 高铝砖 | 备选：莫来石砖 |
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