耐火材料基本知識

耐火材料基本學問,在石化工業的應用介紹: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構材料,在高溫及惡劣條件下的能保持其外形和修復。

耐火材料應具備以下基本特點:在使用過程中不與接觸物質發生劇烈的化學反應;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:可依據化學礦物組成,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耐火材料白云石質耐火材料鉻質制品鋯質制品剛玉質制品其中以硅酸鋁質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:在加熱狀態下熱塑成型。

熔融成型:在熔融狀態下澆注而成。

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應用最為廣泛:3、不定形耐火材料分類:不定形耐火材料是由骨料和細粉質配以一種或多種結合劑組成的混合料。

按結合劑性質分類:依據不同材料的硬化過程、結合劑性質可以分為:陶瓷結合:在燃燒過程中由于燒結而硬化。

水硬性結合:在常溫下凝聚并水化硬化。

化學結合:在常溫或低于陶瓷結合的溫度下,通過化學反應而不是通過水化反應而硬化。

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組織結構:在高溫工業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成的,其化學成份雖然相同,但可能因其組織結構的不同,其性能上有很大差異,從而使用條件、使用環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量與總體積之比,而制品單位體積的質量:以3表示。

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

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。

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。

導熱系數:耐火制品的導熱系數是指單位截面上,在肯定溫度下,在肯定時間內所通過的熱量。

這是材料的主要技術指標。

重燒線變化率:是指耐火材料經過高溫燒成后,體積變化的特性,有的收縮,有的膨脹。

這一指標是表示材料在肯定溫度下的結構體積穩定性的一個方面。

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定性。

其次篇:耐火材料在石化工業爐上的應用石油化工工業爐常見爐型有: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備,相應依據不同工藝條件和不同設備類型選擇不同的耐火襯里,在石化工業上以不定形耐火材料為主,重點應用不定形耐火材料當中的輕質不定形耐火材料作為裝置內襯保溫,以達到節能降耗的目的,有的是利用耐火澆注料的高溫強度來反抗氣體和介質的磨損和侵蝕,總之石化工業爐已基本形成了比較完善的和比較系統的耐火襯里材料,依據不同的工藝要術和工況來選擇適合使用環境的耐火材料,才能達到長周期運行的良好效果。

象催扮裝置,雖然兩器內工作溫度并不高,約750℃~800℃,但由于容器內有高速運動的介質,造成氣體和介質對內襯耐火材料有較嚴峻的磨損,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。

一般兩器內壁采納高強耐磨單層襯里;旋風分別器和再生立管等采納單層龜甲網襯里結構,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,制氫轉化爐內內襯,基本工作溫度800~1250℃之間,爐膛溫度不變,氣體沖刷,介質腐蝕也不是很嚴峻,故重點考慮材料的隔熱性能來滿意節能降耗的需求。

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

有的象制氫轉扮裝置中的轉化器內襯,要嚴格根據設備內特別的工藝條件,選擇特別的材料,轉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,在低溫區沉積,故其內部襯里應避開含有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尤為突出。

象化肥行業水煤漿氣化爐,合成氨裝置中的轉化爐具有較高的還原性和酸堿性侵蝕,故需選用較為穩定的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。

當然,在考慮到上述使用環境的狀況下,最主要還要以設備內的工作溫度為主,結合工作介質,氣氛,以及爐型結構對設備襯里結構做出一個綜合評價,才能設計出滿意設備運行要求,優質高效,高壽命的爐襯結構。

襯里材料的選擇原則:首先在進行爐襯結構設計時,要充分考慮該設備的工作條件,需考慮最高工作溫度、介質及爐內氣氛、爐型結構等各個方面,要滿意溫度、氣氛,氣流結構強度,隔熱性能,使用壽命各個方面結合制訂襯里結構。

一般設備在工作溫度低于1100℃狀況下,選用一層或者兩層輕質隔熱材料即可,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襯里。

加之隔熱層復合使用更好,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構、強度,鉚固方式也特別關鍵。

采納多層襯里結構各層襯里厚度,及錨固系統設計:采納多層襯里結構時,除遵循上述原則首先定出各層材質后,要進行總的導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構強度,經濟性,爐型重量,工作氣氛,設計壽命以及設計閱歷選擇合適的工作層襯里材料及厚度,同時對隔熱層進行選擇,在確定上述參數后要能進行相應的導熱計算,以最終確定各層厚度,材質。

錨固系統設計,目前錨固系統設計中前兩種錨固件材質: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和剛玉莫來石質等。

這兩種錨固件目的是對隔熱層和耐火層進行肯定的錨固,使襯里各層與設備殼體形成一個整體,提高爐襯結構的穩定性,兩種材質的區分在于爐內工作溫度,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。

錨固釘的分布一般參照《中石化襯里規范》中的相關規定來制定,間距一般為80~250分布,詳細尺寸要依據爐型結構,材料強度及重量適當增減鉚固釘的密度。

錨固件高度是依據《中石化襯里設計規范》進行設計,非金屬錨固件一般與襯里內表面平齊,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,詳細狀況視爐內工作溫度而定,在確保結構強度的同時,也要考慮錨固件的耐溫性能。

關于這一點可具體參照《中石化襯里設計規范》3531-2023標準。

襯里材料膨脹縫的留設原則:襯里材料的膨脹縫留設一般依據襯里材料的材質性能和襯里厚度及爐子溫度狀況進行設計,膨脹縫留設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,這一性質一般以重燒線變化來標定;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的大小和多少。

一般輕質澆注料的重燒線收縮較大,而熱脹冷縮的性能較小,故膨脹縫的留設一般不超過15~20,而象硫磺爐耐火層因爐膛工作溫度較高,重質材料的熱膨脹系數較大,故一般軸向方向留設膨脹縫寬度為25~40,而環內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。

襯里設計中的傳熱計算:一般工業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、對流和輻射。

一般計算工業窯爐襯里導熱計算時,主要對傳導熱量進行計算,同時計算各層界面間的溫度。

詳細計算方法如下:一、圓筒壁導熱的簡化計算: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、外直徑分別為1和2的圓筒壁,其內表面積,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