色素碳黑燃料在過剩空氣系數大于1的狀態下燃燒,第二是炭黑原料油在過剩空氣系數小于1的狀態下裂解,在反應爐內不同的位置對爐料的要求也不同。反應爐的最內層(直接接觸火焰的層面)采用具有耐熱性和氣密性的耐火材料,次內層用具有較高熱阻力的耐火材料,外層用絕緣材料以減少熱損失。在原料油入爐部位前面,即燃燒段,爐內氣氛為氧化氣氛;后面,即反應段,爐內氣氛為還原氣氛。
燃燒段是反應爐溫度的部位,其最內層的選材要著重考慮耐氧化性的高溫性能。混合段和反應段,不僅要考慮前部的氧化性還要考慮還原性氣氛下的高溫性能,并要能耐受高速氣流的沖刷。急冷段的選材要充分考慮材料自身的熱穩定性和在高溫下對還原氣氛的抵抗力。急冷段后是煙道(停留段),因受空氣預熱器入口溫度的限制,在烘爐和生產中溫度不超過1000℃,故需要充分考慮材料的耐溫強度,各部位選用的耐火材料需要有良好的熱穩定性,即良好的耐急冷急熱性能。燃燒段的溫度超過1900℃甚至超過2000℃。熔點在1900℃以上的化合物有氧化物、碳化物、硼化物和氯化物。在氧化性氣氛中,氧化物的耐火材料可以穩定地使用到接近熔點的溫度;而碳化物只能使用于還原氣氛中,它在較高溫度下容易被氧破壞。硼化物和氮化物介于兩者之間。由于炭黑反應爐在高溫部位以氧化性氣氛為主,所以炭黑爐高溫部位采用氧化物類耐火材料較為適宜。Al₂O₃、:Cr2O3、ZrO₂是目前研究最多的三種。由于Cr2O3、ZrO₂這兩種材料價格很高,所以Al₂O₃是目前炭黑行業廣泛使用的一種。用Al₂O₃/Al₂O₃耐火材料,允許使用溫度甚至可以超過2000,但這種材料使用限于氧化氣氛中。
炭黑反應爐,一般最內層爐襯直接接觸高溫氣流,采用含鉻質剛玉的澆注料,它比剛玉制品具有更優的高溫力學性能和抗渣蝕性。次內層用輕質氧化鋁空心球澆注料。
混合段和反應段是反應爐最最易損壞的部位,尤其是混合段工作條件苛刻,這兩部分的內襯可采用鉻剛玉澆注料或高純剛玉磚,高純剛玉轉純度高、成型壓力大、燒成溫度高,除熱震穩定性指標外,其他指標均優于澆注料。外層選用氧化鋁空心球澆注料。急冷段采用厚度較薄的剛玉磚砌體,外層用一層輕質隔熱耐火澆注料。
熔點 1900的化合物的熔點
| 氧化物 | 碳化物 | 硼化物 | 氮化物 | ||||
| 分子式 | 熔點/℃ | 分子式 | 熔點/℃ | 分子式 | 熔點/℃ | 分子式 | 熔點/℃ |
| ThO2 | 3220 | HfC | 3887 | HfB2 | 3250 | HfN | 3310 |
| MgO | 2820 | TaC | 3877 | TaB2 | 3100 | TaN | 3100 |
| HfO2 | 2810 | ZrC | 3530 | ZrB2 | 3060 | ZrN | 2980 |
| UO2 | 2800 | NbC | 3500 | WB | 2920 | TiN | 2950 |
| ZrO2 | 2710 | VC | 2830 | TiB2 | 2850 | UN | 2650 |
| CaO | 2620 | WC | 2730 | ThB4 | 2500 | ThN | 2630 |
| BeO | 2550 | SiC | 2700 | NoB | 2180 | AlN | 2400 |
| Y2O3 | 2450 | MoC | 2692 | LaB6 | 2530 | BN | 2325 |
| Cr2O3 | 2330 | ThC | 2625 | Be3N2 | 2200 | ||
| La2O3 | 2300 | BC | 2450 | NbN | 2050 | ||
| Al2O3 | 2054 | UC | 2350 | Si3N4 | 1900 | ||
| BaO | 2013 | CaC2 | 2300 | ||||