一、作用
1、抗氫腐蝕:高溫下氫氣會還原普通耐火材料里的二氧化硅、氧化鐵、堿金屬雜質(zhì),造成襯里粉化剝落、爐體銹蝕,內(nèi)襯選用低硅高純材質(zhì),阻止氫氣滲透反應(yīng);
2、隔熱保溫:大幅減少爐內(nèi)熱量向外散失,降低水冷能耗,穩(wěn)定爐膛溫度場,保證還原反應(yīng)溫度均勻;
3、防污染:避免鋼殼金屬離子、耐火料雜質(zhì)脫落混入物料(多晶硅、金屬粉末、鎢鉬硬質(zhì)合金等),保障產(chǎn)品純度;
4、防護爐體:隔絕高溫與腐蝕性工藝尾氣(氯化氫、氯硅烷等),防止不銹鋼爐殼高溫腐蝕、變形損壞。
二、兩大類主流工況與對應(yīng)內(nèi)襯材質(zhì)
1、光伏多晶硅鐘罩式氫還原爐
爐本體是水冷不銹鋼鐘罩,內(nèi)襯分兩種常用方案:貴金屬涂層內(nèi)襯:爐內(nèi)壁鍍純金、純銀鍍層,強反射紅外熱輻射、耐氯硅烷+氫氣腐蝕,控溫節(jié)能,但成本極高、磕碰易脫落;
金屬陶瓷、氮化鈦復(fù)合內(nèi)襯:替代金銀鍍層,硬度更高、抗刮耐磨、紅外反射好,多用于量產(chǎn)降本場景;
注:該爐主體依靠水冷控溫,很少厚層耐火磚襯,以內(nèi)壁防腐反射薄層為主。
2、冶金、粉末燒結(jié)、氫冶金豎爐、箱式氫氣還原爐(800~1700℃)
多層復(fù)合結(jié)構(gòu)(由外到內(nèi)):鋼殼→保溫層→隔離防滲層→工作面襯1、工作層(直接接觸氫氣)
優(yōu)先高純剛玉質(zhì)耐火材料(氧化鋁≥96%,二氧化硅 + 氧化鐵≤0.5%):電熔白剛玉磚、無水泥剛玉澆注料、高純氧化鋁預(yù)制件;
超高溫(1600℃以上)用高純氧化鋁纖維模塊、氧化鋁泡沫陶瓷、石墨硬氈;
氫冶金直接還原豎爐多用六鋁酸鈣質(zhì)耐材,抗氫還原、抗水汽侵蝕、不污染鐵水。
2、中間保溫層:莫來石纖維、高純硅酸鋁纖維、輕質(zhì)保溫澆注料,阻熱降耗;
3、隔離層:納米防滲涂層,阻斷氫氣向內(nèi)滲透腐蝕外層保溫與爐殼。
三、選材硬性要求(氫氣氣氛必備)
1、低硅低鐵低堿:SiO?、Fe?O?、K?O、Na?O 必須嚴(yán)控,高溫下這些組分極易被 H?還原氣化,導(dǎo)致襯里損毀、爐膛掉料;
2、低氣孔致密化:顯氣孔率越低越好,減少氫氣滲入基體內(nèi)部發(fā)生還原反應(yīng);
3、優(yōu)良熱震穩(wěn)定性:頻繁升降溫不開裂、不掉塊;
4、不與工藝介質(zhì)反應(yīng):耐濕氫、氯化物、氯硅烷等酸性腐蝕氣體。
四、常見通俗叫法
爐襯、爐膛內(nèi)襯、還原爐襯里、氣氛爐耐火內(nèi)襯、隔熱襯層。