耐火材料基本知识

耐火材料基本知识

耐火材料基本学问,在石化工业的应用介绍:第一篇:耐火材料的综述一、耐火材料的分类与基本性能:1、耐火材料的定义:耐火材料是指耐火度不低于1580℃的无机非金属材料,可以是自然 或人工合成的。

它是一种高温建筑材料和结构材料,在高温及恶劣条件下的能保持其外形和修复。

耐火材料应具备以下基本特点:在使用过程中不与接触物质发生剧烈的化学反应;有足够高的耐火度;反抗荷重变形的力量较慢;对于物料、火焰、燃料、烟气等引起的冲刷、磨蚀具有良好的反抗力;耐性冲击性能好。

2、耐火材料的分类:耐火材料从不同的角度有着不同的分类方法:可依据化学矿物组成,耐火度、成型方法、施工方法、性能等多种分类方法。

按耐火度分:一般耐火材料,耐火度:1580~1770℃;高级耐火材料,耐火度:1770~2000℃;特种耐火材料,耐火度大于2000℃;②按矿物组成分:硅酸铝系耐火材料镁质耐火材料白云石质耐火材料铬质制品锆质制品刚玉质制品其中以硅酸铝质耐火制品最为广泛和使用范围最广:如粘土硅、一二类高铝酸、硅酸、莫来石质制品等。

按成型方式分:可塑成型制品:机械成型,压砖机成型,手工成型。

干法成型:振动式捣打成型。

泥浆浇注成型:由泥浆浇注成型制作。

热压成型:在加热状态下热塑成型。

熔融成型:在熔融状态下浇注而成。

④按热处理方式不同分:烧成制品,不烧制品,热压制品,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业应用最为广泛:3、不定形耐火材料分类:不定形耐火材料是由骨料和细粉质配以一种或多种结合剂组成的混合料。

按结合剂性质分类:依据不同材料的硬化过程、结合剂性质可以分为:陶瓷结合:在燃烧过程中由于烧结而硬化。

水硬性结合:在常温下凝聚并水化硬化。

化学结合:在常温或低于陶瓷结合的温度下,通过化学反应而不是通过水化反应而硬化。

按使用功能分:耐火耐磨不定形耐火材料;隔热不定形耐火材料;隔热耐磨耐火材料。

③按施工方法分:耐火可塑料:由耐火骨料、结合剂组成。

具有可塑性的不定形耐火材料。

耐火浇注料:由耐火骨料和结合剂组成的混合料。

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组织结构:在高温工业窑炉中常常使用的耐火材料,通常是带有气孔的简单集合组织构成的,其化学成份虽然相同,但可能因其组织结构的不同,其性能上有很大差异,从而使用条件、使用环境及维护方式就不同。

②密度:耐火材料的密度有体积密度和真密度。

耐火材料的体积密度是指制品的干燥质量与总体积之比,而制品单位体积的质量:以3表示。

真密度是指材料的干燥质量与总体积,扣除孔隙后体积之比值,是材料单位体积的质量。

气孔率:是指材料全部开口气孔的体积与总体积之比;气孔率的大小直接表征着材料的致密程度,这与材料的某些物理性能和使用性能亲密有关。

常温耐压强度:耐火材料在常温下,单位面积上所能耐受而不破坏的极限荷栽。

抗折强度:耐火材料在肯定温度下,单位截面上所承受的最大载荷。

导热系数:耐火制品的导热系数是指单位截面上,在肯定温度下,在肯定时间内所通过的热量。

这是材料的主要技术指标。

重烧线变化率:是指耐火材料经过高温烧成后,体积变化的特性,有的收缩,有的膨胀。

这一指标是表示材料在肯定温度下的结构体积稳定性的一个方面。

高温荷重变形性能:是指材料在高温下,承重的力量;一般以荷重软化温度来标定;在使用过程中,假如荷重软化温度低于肯定值,会造成材料的过渡变形而损坏,甚至影响整个热工窑炉的寿命。

耐火材料的抗热震稳定性:耐火材料反抗温度及骤变而不破坏,即不生成裂纹,剥落,碎块的性能称为抗热震稳定性。

其次篇:耐火材料在石化工业炉上的应用石油化工工业炉常见炉型有:催扮装置,焦扮装置,制氢裂解炉,常压、减压炉,尾气处理焚烧炉,硫磺装置和烧氨装置。

上述装置都有各自的加热处理热工设备,相应依据不同工艺条件和不同设备类型选择不同的耐火衬里,在石化工业上以不定形耐火材料为主,重点应用不定形耐火材料当中的轻质不定形耐火材料作为装置内衬保温,以达到节能降耗的目的,有的是利用耐火浇注料的高温强度来反抗气体和介质的磨损和侵蚀,总之石化工业炉已基本形成了比较完善的和比较系统的耐火衬里材料,依据不同的工艺要术和工况来选择适合使用环境的耐火材料,才能达到长周期运行的良好效果。

象催扮装置,虽然两器内工作温度并不高,约750℃~800℃,但由于容器内有高速运动的介质,造成气体和介质对内衬耐火材料有较严峻的磨损,故选择衬里材料时,需考虑到衬里材料在该使用工艺条件下的耐磨性能要较好,才能满意使用。

一般两器内壁采纳高强耐磨单层衬里;旋风分别器和再生立管等采纳单层龟甲网衬里结构,该衬里为高耐磨衬里,具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。

一般常减压装置,焦化加热炉,制氢转化炉内内衬,基本工作温度800~1250℃之间,炉膛温度不变,气体冲刷,介质腐蚀也不是很严峻,故重点考虑材料的隔热性能来满意节能降耗的需求。

目前一般采纳各种类型的轻质浇注料,纤维可塑性或纤维模块结构,一般材料容重在300~8003,材料的隔热性能较好。

有的象制氢转扮装置中的转化器内衬,要严格根据设备内特别的工艺条件,选择特别的材料,转化器中是较强的还原气氛,对于衬里材料中的2具有较强的还原性,造成2气化,在低温区沉积,故其内部衬里应避开含有2成份,需使用较纯的23材料才能满意气氛的要求。

这种状况在一些特别炉型上表现尤为突出。

象化肥行业水煤浆气化炉,合成氨装置中的转化炉具有较高的还原性和酸碱性侵蚀,故需选用较为稳定的23制品,或者含23制品作为其衬里材料,来反抗较强气氛的侵蚀和磨损。

当然,在考虑到上述使用环境的状况下,最主要还要以设备内的工作温度为主,结合工作介质,气氛,以及炉型结构对设备衬里结构做出一个综合评价,才能设计出满意设备运行要求,优质高效,高寿命的炉衬结构。

衬里材料的选择原则:首先在进行炉衬结构设计时,要充分考虑该设备的工作条件,需考虑最高工作温度、介质及炉内气氛、炉型结构等各个方面,要满意温度、气氛,气流结构强度,隔热性能,使用寿命各个方面结合制订衬里结构。

一般设备在工作温度低于1100℃状况下,选用一层或者两层轻质隔热材料即可,但炉膛温度大于1000℃时,一般考虑工作层使用耐磨耐温的重质衬里。

加之隔热层复合使用更好,工作温度大于1350℃以上时一般使用耐火砖作为工作层较好,同时耐火层即工作层要考虑炉型结构、强度,铆固方式也特别关键。

采纳多层衬里结构各层衬里厚度,及锚固系统设计:采纳多层衬里结构时,除遵循上述原则首先定出各层材质后,要进行总的导热计算来确定各层厚度,要考虑耐火层即工作层厚度要兼顾结构强度,经济性,炉型重量,工作气氛,设计寿命以及设计阅历选择合适的工作层衬里材料及厚度,同时对隔热层进行选择,在确定上述参数后要能进行相应的导热计算,以最终确定各层厚度,材质。

锚固系统设计,目前锚固系统设计中前两种锚固件材质:一是金属锚固件,二是非金属锚固件。

金属锚固件即不锈钢材质制作的各种外形的锚固件,非金属锚固件是耐火材料制作的锚固砖有高铝质和刚玉莫来石质等。

这两种锚固件目的是对隔热层和耐火层进行肯定的锚固,使衬里各层与设备壳体形成一个整体,提高炉衬结构的稳定性,两种材质的区分在于炉内工作温度,金属锚固件不能承受工作温度时,则采纳非金属锚固件,非金属锚固件承受高温的力量比金属锚固件高,一般在1300℃以上时则采纳非金属锚固件。

锚固钉的分布一般参照《中石化衬里规范》中的相关规定来制定,间距一般为80~250分布,详细尺寸要依据炉型结构,材料强度及重量适当增减铆固钉的密度。

锚固件高度是依据《中石化衬里设计规范》进行设计,非金属锚固件一般与衬里内表面平齐,因该件为耐高温的无机非金属材料,金属锚固件一般为衬里厚度的70~80%,一般要埋入衬里工作面下30~80,详细状况视炉内工作温度而定,在确保结构强度的同时,也要考虑锚固件的耐温性能。

关于这一点可具体参照《中石化衬里设计规范》3531-2023标准。

衬里材料膨胀缝的留设原则:衬里材料的膨胀缝留设一般依据衬里材料的材质性能和衬里厚度及炉子温度状况进行设计,膨胀缝留设的目的是为了解决衬里材料在高温下膨胀的余地,以防在高温下膨胀时发觉鼓涨、开裂等。

衬里材料具有两方面的特性:一方面在高温作用下衬里材料有肯定的线收缩,这一性质一般以重烧线变化来标定;另一方面,材料本身有肯定的热胀冷缩性能,这两个方面打算膨胀缝留设的大小和多少。

一般轻质浇注料的重烧线收缩较大,而热胀冷缩的性能较小,故膨胀缝的留设一般不超过15~20,而象硫磺炉耐火层因炉膛工作温度较高,重质材料的热膨胀系数较大,故一般轴向方向留设膨胀缝宽度为25~40,而环内膨胀缝卧式圆筒炉一般不留膨胀缝,即使留膨胀缝也不超过3,一般膨胀缝间距为1500~2500一道。

衬里设计中的传热计算:一般工业窑炉的传热计算采纳约算法,大家都知道热传热有三种传热方式:传导、对流和辐射。

一般计算工业窑炉衬里导热计算时,主要对传导热量进行计算,同时计算各层界面间的温度。

详细计算方法如下:一、圆筒壁导热的简化计算:圆筒壁的计算较平壁简单,但对于比较薄的圆筒壁可以简化计算,将其视为平壁来处理。

对于长度为,内、外直径分别为1和2的圆筒壁,其内表面积,外表面积。

若将此圆筒壁沿轴向割开,展成一块平壁,则可取圆筒的平均面积作为它的导热面积:=+=通过此平壁的热流量为:=其热流密度为:式中:——圆筒壁厚度,=,——圆筒壁平均直径,=,当2时,计算误差较小,这在工程上是可行的。

多层时可按下列式子计算:,例:蒸汽管内径和外径分别为160和170,管外裹着两层隔热材料,第一层为厚度,其次层百度