耐火材料基本知識

耐火材料基本知識

耐火材料基本學(xué)問,在石化工業(yè)的應(yīng)用介紹:第一篇:耐火材料的綜述一、耐火材料的分類與基本性能:1、耐火材料的定義:耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無機非金屬材料,可以是自然?或人工合成的。

它是一種高溫建筑材料和結(jié)構(gòu)材料,在高溫及惡劣條件下的能保持其外形和修復(fù)。

耐火材料應(yīng)具備以下基本特點:在使用過程中不與接觸物質(zhì)發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng);有足夠高的耐火度;反抗荷重變形的力量較慢;對于物料、火焰、燃料、煙氣等引起的沖刷、磨蝕具有良好的反抗力;耐性沖擊性能好。

2、耐火材料的分類:耐火材料從不同的角度有著不同的分類方法:可依據(jù)化學(xué)礦物組成,耐火度、成型方法、施工方法、性能等多種分類方法。

按耐火度分:一般耐火材料,耐火度:1580~1770℃;高級耐火材料,耐火度:1770~2000℃;特種耐火材料,耐火度大于2000℃;②按礦物組成分:硅酸鋁系耐火材料鎂質(zhì)耐火材料白云石質(zhì)耐火材料鉻質(zhì)制品鋯質(zhì)制品剛玉質(zhì)制品其中以硅酸鋁質(zhì)耐火制品最為廣泛和使用范圍最廣:如粘土硅、一二類高鋁酸、硅酸、莫來石質(zhì)制品等。

按成型方式分:可塑成型制品:機械成型,壓磚機成型,手工成型。

干法成型:振動式搗打成型。

泥漿澆注成型:由泥漿澆注成型制作。

熱壓成型:在加熱狀態(tài)下熱塑成型。

熔融成型:在熔融狀態(tài)下澆注而成。

④按熱處理方式不同分:燒成制品,不燒制品,熱壓制品,熔融制品。

⑤按外形分:有定形制品,不定形制品其中不定形制品在石化工業(yè)應(yīng)用最為廣泛:3、不定形耐火材料分類:不定形耐火材料是由骨料和細(xì)粉質(zhì)配以一種或多種結(jié)合劑組成的混合料。

按結(jié)合劑性質(zhì)分類:依據(jù)不同材料的硬化過程、結(jié)合劑性質(zhì)可以分為:陶瓷結(jié)合:在燃燒過程中由于燒結(jié)而硬化。

水硬性結(jié)合:在常溫下凝聚并水化硬化。

化學(xué)結(jié)合:在常溫或低于陶瓷結(jié)合的溫度下,通過化學(xué)反應(yīng)而不是通過水化反應(yīng)而硬化。

按使用功能分:耐火耐磨不定形耐火材料;隔熱不定形耐火材料;隔熱耐磨耐火材料。

③按施工方法分:耐火可塑料:由耐火骨料、結(jié)合劑組成。

具有可塑性的不定形耐火材料。

耐火澆注料:由耐火骨料和結(jié)合劑組成的混合料。

耐火涂抹料:可用于手工涂抹的不定形耐火材料。

4、耐火材料的基本性能:①組織結(jié)構(gòu):在高溫工業(yè)窯爐中常常使用的耐火材料,通常是帶有氣孔的簡單集合組織構(gòu)成的,其化學(xué)成份雖然相同,但可能因其組織結(jié)構(gòu)的不同,其性能上有很大差異,從而使用條件、使用環(huán)境及維護方式就不同。

②密度:耐火材料的密度有體積密度和真密度。

耐火材料的體積密度是指制品的干燥質(zhì)量與總體積之比,而制品單位體積的質(zhì)量:以3表示。

真密度是指材料的干燥質(zhì)量與總體積,扣除孔隙后體積之比值,是材料單位體積的質(zhì)量。

氣孔率:是指材料全部開口氣孔的體積與總體積之比;氣孔率的大小直接表征著材料的致密程度,這與材料的某些物理性能和使用性能親密有關(guān)。

常溫耐壓強度:耐火材料在常溫下,單位面積上所能耐受而不破壞的極限荷栽。

抗折強度:耐火材料在肯定溫度下,單位截面上所承受的最大載荷。

導(dǎo)熱系數(shù):耐火制品的導(dǎo)熱系數(shù)是指單位截面上,在肯定溫度下,在肯定時間內(nèi)所通過的熱量。

這是材料的主要技術(shù)指標(biāo)。

重?zé)€變化率:是指耐火材料經(jīng)過高溫?zé)珊?體積變化的特性,有的收縮,有的膨脹。

這一指標(biāo)是表示材料在肯定溫度下的結(jié)構(gòu)體積穩(wěn)定性的一個方面。

高溫荷重變形性能:是指材料在高溫下,承重的力量;一般以荷重軟化溫度來標(biāo)定;在使用過程中,假如荷重軟化溫度低于肯定值,會造成材料的過渡變形而損壞,甚至影響整個熱工窯爐的壽命。

耐火材料的抗熱震穩(wěn)定性:耐火材料反抗溫度及驟變而不破壞,即不生成裂紋,剝落,碎塊的性能稱為抗熱震穩(wěn)定性。

其次篇:耐火材料在石化工業(yè)爐上的應(yīng)用石油化工工業(yè)爐常見爐型有:催扮裝置,焦扮裝置,制氫裂解爐,常壓、減壓爐,尾氣處理焚燒爐,硫磺裝置和燒氨裝置。

上述裝置都有各自的加熱處理熱工設(shè)備,相應(yīng)依據(jù)不同工藝條件和不同設(shè)備類型選擇不同的耐火襯里,在石化工業(yè)上以不定形耐火材料為主,重點應(yīng)用不定形耐火材料當(dāng)中的輕質(zhì)不定形耐火材料作為裝置內(nèi)襯保溫,以達(dá)到節(jié)能降耗的目的,有的是利用耐火澆注料的高溫強度來反抗氣體和介質(zhì)的磨損和侵蝕,總之石化工業(yè)爐已基本形成了比較完善的和比較系統(tǒng)的耐火襯里材料,依據(jù)不同的工藝要術(shù)和工況來選擇適合使用環(huán)境的耐火材料,才能達(dá)到長周期運行的良好效果。

象催扮裝置,雖然兩器內(nèi)工作溫度并不高,約750℃~800℃,但由于容器內(nèi)有高速運動的介質(zhì),造成氣體和介質(zhì)對內(nèi)襯耐火材料有較嚴(yán)峻的磨損,故選擇襯里材料時,需考慮到襯里材料在該使用工藝條件下的耐磨性能要較好,才能滿意使用。

一般兩器內(nèi)壁采納高強耐磨單層襯里;旋風(fēng)分別器和再生立管等采納單層龜甲網(wǎng)襯里結(jié)構(gòu),該襯里為高耐磨襯里,具有較好的耐磨性和耐腐蝕性。

一般常減壓裝置,焦化加熱爐,制氫轉(zhuǎn)化爐內(nèi)內(nèi)襯,基本工作溫度800~1250℃之間,爐膛溫度不變,氣體沖刷,介質(zhì)腐蝕也不是很嚴(yán)峻,故重點考慮材料的隔熱性能來滿意節(jié)能降耗的需求。

目前一般采納各種類型的輕質(zhì)澆注料,纖維可塑性或纖維模塊結(jié)構(gòu),一般材料容重在300~8003,材料的隔熱性能較好。

有的象制氫轉(zhuǎn)扮裝置中的轉(zhuǎn)化器內(nèi)襯,要嚴(yán)格根據(jù)設(shè)備內(nèi)特別的工藝條件,選擇特別的材料,轉(zhuǎn)化器中是較強的還原氣氛,對于襯里材料中的2具有較強的還原性,造成2氣化,在低溫區(qū)沉積,故其內(nèi)部襯里應(yīng)避開含有2成份,需使用較純的23材料才能滿意氣氛的要求。

這種狀況在一些特別爐型上表現(xiàn)尤為突出。

象化肥行業(yè)水煤漿氣化爐,合成氨裝置中的轉(zhuǎn)化爐具有較高的還原性和酸堿性侵蝕,故需選用較為穩(wěn)定的23制品,或者含23制品作為其襯里材料,來反抗較強氣氛的侵蝕和磨損。

當(dāng)然,在考慮到上述使用環(huán)境的狀況下,最主要還要以設(shè)備內(nèi)的工作溫度為主,結(jié)合工作介質(zhì),氣氛,以及爐型結(jié)構(gòu)對設(shè)備襯里結(jié)構(gòu)做出一個綜合評價,才能設(shè)計出滿意設(shè)備運行要求,優(yōu)質(zhì)高效,高壽命的爐襯結(jié)構(gòu)。

襯里材料的選擇原則:首先在進(jìn)行爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要充分考慮該設(shè)備的工作條件,需考慮最高工作溫度、介質(zhì)及爐內(nèi)氣氛、爐型結(jié)構(gòu)等各個方面,要滿意溫度、氣氛,氣流結(jié)構(gòu)強度,隔熱性能,使用壽命各個方面結(jié)合制訂襯里結(jié)構(gòu)。

一般設(shè)備在工作溫度低于1100℃狀況下,選用一層或者兩層輕質(zhì)隔熱材料即可,但爐膛溫度大于1000℃時,一般考慮工作層使用耐磨耐溫的重質(zhì)襯里。

加之隔熱層復(fù)合使用更好,工作溫度大于1350℃以上時一般使用耐火磚作為工作層較好,同時耐火層即工作層要考慮爐型結(jié)構(gòu)、強度,鉚固方式也特別關(guān)鍵。

采納多層襯里結(jié)構(gòu)各層襯里厚度,及錨固系統(tǒng)設(shè)計:采納多層襯里結(jié)構(gòu)時,除遵循上述原則首先定出各層材質(zhì)后,要進(jìn)行總的導(dǎo)熱計算來確定各層厚度,要考慮耐火層即工作層厚度要兼顧結(jié)構(gòu)強度,經(jīng)濟性,爐型重量,工作氣氛,設(shè)計壽命以及設(shè)計閱歷選擇合適的工作層襯里材料及厚度,同時對隔熱層進(jìn)行選擇,在確定上述參數(shù)后要能進(jìn)行相應(yīng)的導(dǎo)熱計算,以最終確定各層厚度,材質(zhì)。

錨固系統(tǒng)設(shè)計,目前錨固系統(tǒng)設(shè)計中前兩種錨固件材質(zhì):一是金屬錨固件,二是非金屬錨固件。

金屬錨固件即不銹鋼材質(zhì)制作的各種外形的錨固件,非金屬錨固件是耐火材料制作的錨固磚有高鋁質(zhì)和剛玉莫來石質(zhì)等。

這兩種錨固件目的是對隔熱層和耐火層進(jìn)行肯定的錨固,使襯里各層與設(shè)備殼體形成一個整體,提高爐襯結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,兩種材質(zhì)的區(qū)分在于爐內(nèi)工作溫度,金屬錨固件不能承受工作溫度時,則采納非金屬錨固件,非金屬錨固件承受高溫的力量比金屬錨固件高,一般在1300℃以上時則采納非金屬錨固件。

錨固釘?shù)姆植家话銋⒄铡吨惺r里規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定來制定,間距一般為80~250分布,詳細(xì)尺寸要依據(jù)爐型結(jié)構(gòu),材料強度及重量適當(dāng)增減鉚固釘?shù)拿芏取?/p>

錨固件高度是依據(jù)《中石化襯里設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計,非金屬錨固件一般與襯里內(nèi)表面平齊,因該件為耐高溫的無機非金屬材料,金屬錨固件一般為襯里厚度的70~80%,一般要埋入襯里工作面下30~80,詳細(xì)狀況視爐內(nèi)工作溫度而定,在確保結(jié)構(gòu)強度的同時,也要考慮錨固件的耐溫性能。

關(guān)于這一點可具體參照《中石化襯里設(shè)計規(guī)范》3531-2023標(biāo)準(zhǔn)。

襯里材料膨脹縫的留設(shè)原則:襯里材料的膨脹縫留設(shè)一般依據(jù)襯里材料的材質(zhì)性能和襯里厚度及爐子溫度狀況進(jìn)行設(shè)計,膨脹縫留設(shè)的目的是為了解決襯里材料在高溫下膨脹的余地,以防在高溫下膨脹時發(fā)覺鼓漲、開裂等。

襯里材料具有兩方面的特性:一方面在高溫作用下襯里材料有肯定的線收縮,這一性質(zhì)一般以重?zé)€變化來標(biāo)定;另一方面,材料本身有肯定的熱脹冷縮性能,這兩個方面打算膨脹縫留設(shè)的大小和多少。

一般輕質(zhì)澆注料的重?zé)€收縮較大,而熱脹冷縮的性能較小,故膨脹縫的留設(shè)一般不超過15~20,而象硫磺爐耐火層因爐膛工作溫度較高,重質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)較大,故一般軸向方向留設(shè)膨脹縫寬度為25~40,而環(huán)內(nèi)膨脹縫臥式圓筒爐一般不留膨脹縫,即使留膨脹縫也不超過3,一般膨脹縫間距為1500~2500一道。

襯里設(shè)計中的傳熱計算:一般工業(yè)窯爐的傳熱計算采納約算法,大家都知道熱傳熱有三種傳熱方式:傳導(dǎo)、對流和輻射。

一般計算工業(yè)窯爐襯里導(dǎo)熱計算時,主要對傳導(dǎo)熱量進(jìn)行計算,同時計算各層界面間的溫度。

詳細(xì)計算方法如下:一、圓筒壁導(dǎo)熱的簡化計算:圓筒壁的計算較平壁簡單,但對于比較薄的圓筒壁可以簡化計算,將其視為平壁來處理。

對于長度為,內(nèi)、外直徑分別為1和2的圓筒壁,其內(nèi)表面積,外表面積。

若將此圓筒壁沿軸向割開,展成一塊平壁,則可取圓筒的平均面積作為它的導(dǎo)熱面積:=+=通過此平壁的熱流量為:=其熱流密度為:式中:——圓筒壁厚度,=,——圓筒壁平均直徑,=,當(dāng)2時,計算誤差較小,這在工程上是可行的。

多層時可按下列式子計算:,例:蒸汽管內(nèi)徑和外徑分別為160和170,管外裹著兩層隔熱材料,第一層為厚度,其次層百度