炭黑反應爐的耐火材料選材，對于炭黑生產(chǎn)線效能的正常發(fā)揮是非常重要的。為了使炭黑反應爐爐襯選用耐火材料更為科學。耐火材料應從抵抗高溫氣流沖蝕的能力，抵抗炭黑粒子化學侵蝕的你能力和抵抗爐氣雜質(zhì)化學侵蝕的能力三方面入手選擇合適的耐火材料。
炭黑反應爐多以重油為燃料，乙烯焦油等碳氫化合物為原料，在生產(chǎn)炭黑過程中于反應爐內(nèi)進行比較復雜的燃料燃燒，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)襯耐火材料組份的物理化學反應等多種過程。在反應爐內(nèi)燃燒段溫度可達1600~1700℃，且爐內(nèi)熱氣流速很大，氣流速度在喉管末端為全爐最大，可達340~370m·s-1 正常工作狀態(tài)下，喉管末端氣流溫度為1700℃以上，甚至高達1900℃或更高。同時，由于操作原因引起的停爐及各類產(chǎn)品的更換，采用水蒸氣入爐掃油管管路，均會造成爐襯材料受熱應力作用引起剝落。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。
燃料的高溫燃燒氣體和原料以每秒幾十米甚至300多米的速度從燃燒室通過喉管進入反應室進行反應，反應產(chǎn)物又在冷卻段用化學純水噴霧冷卻，將含碳高溫混合氣體冷卻到700~800℃。因此，炭黑反應爐內(nèi)襯在使用過程主要受反應產(chǎn)物H2 、C、CO和灰分的化學侵蝕。所以對內(nèi)襯耐火材料要求具有如下的特性：（1）高的耐火度，在更高溫度下不軟化，不變形：（2）優(yōu)良的高溫體積穩(wěn)定性和還原氣氛下的穩(wěn)定性（3）較強的抗熔灰侵蝕性（4）高的高溫強度以抵抗高速氣流的沖刺（5）良好的抗熱震性。
目前，國內(nèi)外炭黑反應爐內(nèi)襯用耐火材料可分為AL2O3-SiO2系、AL2O3系AL2O3-Cr2O3系及ZrO2系4大類。AL2O3-SiO2系中有高鋁質(zhì)、莫來石質(zhì)、剛玉—莫來石質(zhì)制品，AL2O3系為剛玉質(zhì)制品，AL2O3-Cr2O3系為Cr2O3含量不同的鉻剛玉材料，ZrO2系為含氧化鋯的鉻剛玉制品及純氧化鋯制品，這些材料可以是定形（如燒成磚、化學反應結(jié)合磚）也可以是不定形（如澆注料、搗打料）制品。
表1分別列出了當前炭黑反應爐不同部位內(nèi)襯材料的選擇、使用壽命和材料性能。
1：剛玉莫來石制品
剛玉莫來石制品是以白剛玉做顆粒、氧化鋁、粘土等共磨粉為基質(zhì)，在高溫燒成時原位合成莫來石方法制得的。這種制品用于炭黑反應爐內(nèi)襯，最高工作溫度達1700℃，使用壽命達48個月以上。但該產(chǎn)品在還原氣氛中存在著被反應物H2 、C、CO等還原劑還原的問題，C或H2等在高溫下都會分解莫來石生成剛玉和SiO，SiO或者隨工藝氣體逸出，或者進一步還原成Si，并在制品中形成玻璃相，造成材料結(jié)構(gòu)疏松或玻璃相化。在強化化工過程和提高碳氫原料在高速氣流中熱分解溫度的條件下，剛玉莫來石制品就不能適應反應爐內(nèi)襯所需的綜合作用。:
2：剛玉制品
采用剛玉制品作為內(nèi)襯材料，在高溫和高速流體作用下，在還原氣氛中比剛玉莫來石內(nèi)襯具有更優(yōu)的抗侵蝕性和使用壽命。剛與材料在H2作用下，材料中少量的β-AL2O3由于Na2O被還原而轉(zhuǎn)變?yōu)棣?/font>-AL2O3,發(fā)生剛玉晶體的再結(jié)晶作用而長大，從而提高制品的熱態(tài)強度，而其他高溫性能則變化不大，所以高純剛玉制品適宜在1800~1850℃還原氣氛中長期使用。
3：鉻剛玉制品
AL2O3-Cr2O3系耐火材料是隨高新技術(shù)發(fā)展而發(fā)展起來的一種優(yōu)質(zhì)新型耐火材料，適用于工作溫度約2000℃的炭黑反應爐襯或其它超高溫熱工裝置襯里，這種材料是以AL2O3和Cr2O3為原料經(jīng)高溫合成而成，它比純剛玉制品有更優(yōu)的高溫力學性能和抗渣蝕性。AL2O3和Cr2O3在高溫下形成固溶體，液相出現(xiàn)溫度隨Cr2O3含量的增高而不斷提高。因此，在AL2O3中添加Cr2O3只能改善純剛玉制品的高溫力學性能，而不會產(chǎn)生不良的影響。采用AL2O3—Cr2O3系或在AL2O3-Cr2O3系中加入少量ZrO2材料作反應內(nèi)襯，可以改善體系的熱震穩(wěn)定性和抗化學侵蝕性，提高爐襯材料的使壽命。此類材料在炭黑反應爐喉管和反應段使用壽命可達18個月以上。
綜上所述，我公司鄭州駒達耐火材料有限公司根據(jù)炭黑反應爐的使用條件（工作溫度、工作壓力、氣流速度，氣氛、急冷狀況等），用于內(nèi)襯最有前途的耐火材料應該是具有高耐火度，高溫力學性能優(yōu)，抗渣蝕性和抗熱震性好，高溫熱力學穩(wěn)定的材料，以氧化鋯、AL2O3—Cr2O3、剛玉系材料為優(yōu)Sio2 、Mgo 、CaO型材料不宜使用。