炭黑被廣泛用顏料、填充材料、補強材料及耐候性改善劑等。炭黑一般是用圓筒性的炭黑反應(yīng)爐生產(chǎn)的。反應(yīng)爐分成三段，在第一反應(yīng)段中，從反應(yīng)爐的軸向或切向?qū)�入含氧氣體和燃料，依靠它們的燃燒得到高溫燃燒氣流。該氣流流入軸向連接的第二反應(yīng)段。同時，在此處向該氣流中導(dǎo)入原料烴，使之生成炭黑。在第三的反應(yīng)段，使殘留烴碳化后，急冷反應(yīng)氣體，使反應(yīng)終止。這是眾所周知的爐法炭黑工藝。

炭黑反應(yīng)爐多以重油為燃料，乙烯焦油等碳氫化合物為原料，在生產(chǎn)炭黑過程中于反應(yīng)爐內(nèi)進行比較復(fù)雜的燃料燃燒，碳氫原料的熱分解、冷卻炭黑的噴霧水作用，以及燃料和原料熱分解產(chǎn)物與內(nèi)襯耐火磚組分的物理化學(xué)反應(yīng)等多種過程，在反應(yīng)爐內(nèi)燃燒段溫度可達1600~1700℃隨著對炭黑產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高和對生產(chǎn)技術(shù)的調(diào)整操做溫度也有原來的1700℃以下提高到1900℃左右。且爐內(nèi)熱氣流速度很大，氣流速度在喉管末端為全爐最大可達340~370m·s.正常工作狀態(tài)下，喉管末端氣流溫度為1700℃以上，。同時，由于操作原因引起的停爐及各類產(chǎn)品的更換，均會造成爐襯材料受熱應(yīng)力作用引起剝落。另外，燃料和原料熱解后產(chǎn)生的灰分中含有V、Ni、Na、Ca、S等的氧化物，對耐火材料也有很大的侵蝕作用。

一：內(nèi)襯耐火磚設(shè)計要點：

1.1 抵抗高溫氣流沖蝕的能力

炭黑反應(yīng)爐最大的特點是氣流速度大溫度高。特別是新工藝炭黑反應(yīng)爐，正常工作狀態(tài)下溫度最高達1920℃，氣流速度為370m/s，對爐襯材料的沖蝕作用是非常嚴重的，目前耐火材料試驗室檢測條件還無法模擬炭黑反應(yīng)爐的工作條件，因此，也就無法簡單地采用某一項理化指標來直接判斷耐火材料抵抗高溫氣流沖蝕的能力。只能是材料的熔點或出現(xiàn)液相的溫度越高，材料抵抗高溫氣流沖蝕的能力就越好，材料的使用壽命就越長。材料的荷重軟化溫度越高，說明材料的高溫強度越高，材料抵抗高溫氣流沖蝕的能力也就越高，反之則越低。高溫抗折強度和荷重軟化變形溫度反應(yīng)的都是材料的高溫強度，高溫抗折檢測的最高溫度國內(nèi)目前是1450℃，荷重軟乎溫度的最高檢測溫度是1700℃。相比之下，荷重軟化溫度比高溫抗折強度更接近與材料在炭黑反應(yīng)爐的使用情況。但是在1450℃以下，高溫抗折強度則更直接地反映了材料的高溫強度，在材質(zhì)相同時，材料的體積密度越高，顯氣孔率越低，材料抵抗高溫氣流沖蝕的能力就越高。純氧化鋁熔點高達2025℃，高純剛玉磚氧化鋁含量達99.5%左右，雜質(zhì)很少，它的熔點基本上接近氧化鋁的熔點，估計在2000℃左右，荷重軟化溫度在1700℃以上，抵抗高溫氣流沖蝕能力較好，剛玉莫來石磚在1810℃左右會出現(xiàn)約11%的液相，1900℃時液相量則會高達20%，因此該材料荷重軟化溫度雖然大于1700℃，但在1800℃以上使用時會存在一定的問題，在1800℃以下使用時抵抗高溫氣流沖蝕的能力較好。鉻剛玉磚開始出現(xiàn)液相的溫度比高純剛玉磚高、氧化鉻含量越高，鉻剛玉磚開始出現(xiàn)液相的溫度也越高，液相粘度相應(yīng)增大，磚的高溫強度相應(yīng)增高，相對應(yīng)的是鉻剛玉磚的高溫性能好于高純剛玉磚，抵抗高溫氣流沖蝕的能力要明顯好于高純剛玉磚。高鉻磚和鉻剛玉磚不同，高鉻磚的氧化鉻含量高于鉻剛玉磚，但是熱震穩(wěn)定性很差是致命的缺點，為克服高鉻材料的熱震穩(wěn)定性差加入一定的氧化鋯材料來改善其熱震穩(wěn)定性。氧化鋯的加入，材料開始出現(xiàn)液相的溫度被大幅度降低，由Cr2O3—AL2O3系的2025~2200℃降低至1700℃左右，材料的高溫強度大幅降低，荷重軟化溫度僅1650℃左右，比高純剛玉磚、剛玉莫來石磚個鉻剛玉磚都低。因此高鉻磚抵抗1700℃以上高溫氣流沖蝕的能力較差。從以上分析可看出，抵抗1700℃以上高溫氣流沖蝕的能力大小依次為：氧化鋯磚＞鉻剛玉磚＞高純剛玉磚＞剛玉莫來石磚＞高鉻磚。

1.2抵抗炭黑粒子化學(xué)侵蝕的能力

 新工藝炭黑反應(yīng)爐原料入口處前部是氧化氣氛，后部是還原氣氛。氧化物材料的理化性能都是在大氣狀態(tài)即氧化氣氛下測定的，而當(dāng)氧化物在還原氣氛下使用時，理化性能都程度不同地受到影響，尤其是材料高溫性能。如氧化硅材料在1100℃以上的氫氣氣氛時，氧化硅將被氫氣還原為金屬硅，材料的結(jié)構(gòu)被破壞而失效。為研究比較這幾種耐火材料在炭黑反應(yīng)爐喉管后部以后還原氣氛下的使用情況，我們將這幾種材料制成50mmX50mmx50mm左右的樣塊，放入裝滿炭黑的氧化鋁坩堝，并將坩堝口用氧化鋁細粉密封，于1600℃的窯內(nèi)燒成10小時，測定樣塊在燒成實驗前后重量和外觀尺寸的變化，用于評價材料抵抗炭黑粒子化學(xué)侵蝕的能力。在通過10小時后的結(jié)果可以看出，剛玉磚和氧化鋯磚抵抗炭黑李子化學(xué)侵蝕的能力都很好，外觀尺寸無變化，而高鉻磚則大不相同，重量損壞率高達—7%，因此，高鉻磚在高溫還原氣氛下使用時要格外小心。

1.3 抵抗爐氣中雜質(zhì)侵蝕的能力

  炭黑反應(yīng)爐爐氣中的雜質(zhì)主要是氧化硅、氧化鈣和氧化鋁等，他們在高溫下將會與磚襯發(fā)生一些列的物理化學(xué)反應(yīng)，生成一些低熔點物質(zhì)或在磚襯內(nèi)產(chǎn)生一定量的液相，對磚襯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用。高純剛玉磚在收到爐氣中SiO2、CaO等雜質(zhì)侵蝕后，磚襯開始出現(xiàn)液相的溫度由原來的2000℃左右降低至1500℃左右，根據(jù)高純剛玉磚在新工藝炭黑反應(yīng)爐喉管使用8個月后的殘磚纖維結(jié)構(gòu)分析來看，高純剛玉磚在1920℃左右的高溫使用狀況下磚內(nèi)液相量大約為5%，液相呈孤立狀態(tài)存在。由此可見，高純剛玉磚雖然由于氣流中的SiO2、CaO等雜質(zhì)的侵入，使得磚開始出現(xiàn)液相的溫度大幅度降低，但液相量很小，對磚的結(jié)構(gòu)破壞不大，因此，高純剛玉磚抵抗炭黑反應(yīng)爐氣流中雜質(zhì)侵蝕作用的能力較好。剛玉莫來石磚在受到爐氣中雜質(zhì)SiO2、CaO等侵蝕后，開始出現(xiàn)液相的溫度由原來的1810℃左右降低為1500℃左右，與高純剛玉住安相近，但由于剛玉莫來石磚本身有一定量的氧化硅，磚在使用過程中出現(xiàn)的也想量比高純剛玉磚的要大許多，磚襯損壞速度自然要大一些，因此，剛玉莫來石磚抵抗爐氣雜質(zhì)侵蝕的能力比高純剛玉磚要差一些。鉻剛玉磚在受到爐氣中SiO2、CaO、AL2O3等雜質(zhì)侵蝕時，開始出現(xiàn)液相的溫度由原來的2100℃左右降至1500℃左右，但由于磚中的氧化鉻能吸收氧化鈣形成熔點高達2300℃左右的固溶體，磚中實際產(chǎn)生的液相很少，粘度也較大，而且在SiO2、CaO、AL2O3等爐氣雜質(zhì)侵入量增大時，液相量增加較為緩慢，因此鉻剛玉磚抵抗炭黑爐爐氣中雜質(zhì)的能力相當(dāng)好。氧化鋯磚在受到炭黑爐氣中SiO2、CaO、AL2O3等雜質(zhì)侵蝕時，磚開始出現(xiàn)液相的溫度由原來的1680℃左右降低至1780℃左右，降低幅度較大，但仍高于前面幾種200℃左右，因此，氧化鋯磚抵抗炭黑爐爐氣中雜質(zhì)侵蝕的能力最好。

總結(jié)：氧化鋯磚是最好的炭黑反應(yīng)爐內(nèi)襯耐火磚的爐襯材料，但是價格最高，因此，除非有特殊材料需求，炭黑反應(yīng)爐采用氧化鋯磚可能不很經(jīng)濟。高純剛玉磚和鉻剛玉磚作燃燒段和喉管段內(nèi)襯材料較好，反應(yīng)段和急冷段采用高純剛玉磚較好，剛玉莫來石磚適宜于操作溫度角度的炭黑反應(yīng)爐