耐火材料基本知识

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1、耐火材料基本知识，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1580C的无机非金属材料，可以是天然或人工合成的。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形状和修复。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强烈的化学反应；有足够高的耐火度；抵抗荷重变形的能力较慢；对于物料、火焰、燃料、烟气等引起的冲刷、磨蚀具有良好的抵抗力；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：可根据化学矿物纽成，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：R普通

2、耐火材料，耐火度：15801770C；b）高级耐火材料，耐火度：17702000C；c）特种耐火材料，耐火度大于2000C； 按矿物组成分：R硅酸铝系耐火材料b）镁质耐火材料c）白云石质耐火材料d）珞质制品e）错质制品f）刚玉质制品具中以硅酸铝质耐火制品最为广泛和使用范FR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：R可塑成型制品：机械成型，压砖机成型，手工成型。b）干法成型：振动式捣打成型。c）泥浆浇注成型：由泥浆浇注成型制作。d）热压成型：在加热状态下热塑成型。e）熔融成型：在熔融状态下浇注而成。 按热处理方式不同分：R烧成制品，b）不烧制品，c）热压制品，d）熔融

3、制品。 按形状分：R有定形制品，b）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：根据不同材料的硬化过程、结合剂性质可以分为：a）陶瓷结合：在燃烧过程中由于烧结而硬化。b）水硬性结合：在常温下凝结并水化硬化。c）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：a）耐火耐磨不定形耐火材料；b）隔热不定形耐火材料；c）隔热耐磨耐火材料。 按施工方法分：R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。b）耐火浇注料：由耐火骨料和

4、结合剂组成的混合料。c）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： 组织结构：在高温工业窑炉中经常使用的耐火材料，通常是带有气孔的复杂集合组织构成的，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。 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g/cm彳表示。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：是指材料所有开口气孔的体积与总体积之比；气孔率的人小直接表征着材料的致密程度，这与材料的某些物理性

5、能和使用性能密切有关。 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：耐火材料在一定温度下，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，在一定温度下,在一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一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，承重的能力；一般以荷重软化温度来标定；在使用过程中，如果荷重软化温度低于一定值，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

6、性：耐火材料抵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。第二篇：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：催化装置，焦化装置，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，相应根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抵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，根据不同的工艺要术和工况来选择适合使用坏

7、境的耐火材料，才能达到长周期运行的良好效果。象催化装置，虽然两器内工作温度并不高，约750C800C,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重的磨损，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，才能满足使用。一般两器内壁釆用高强耐磨单层衬里；旋风分离器和再生立管等采用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8001250C之间，炉膛温度不变，气体冲刷，介质腐蚀也不是很严重，故重点考虑材料的隔热性能来满足节能降耗的需求。目前一般釆用各种类型的轻质浇注料，纤维可

8、塑性或纤维模块结构，一般材料容重在300800kg/m3,材料的隔热性能较好。有的象制氢转化装置中的转化器内衬，要严格按照设备内特殊的工艺条件，选择特殊的材料，转化器中是较强的还原气氛，对于衬里材料中的Si02具有较强的还原性，造成Si02气化，在低温区沉积，故其内部衬里应避免含有Si成份，需使用较纯的AL203材料才能满足气氛的要求。这种情况在一些特殊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ALd制品，或者含CgO制品作为其衬里材料，来抵抗较强气氛的侵蚀和磨损。当然，在考虑到上述使用坏境的情况下，最主要还要以设备内的工作

9、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，才能设计出满足设备运行要求，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，要满足温度、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nooc情况下，选用一层或者两层轻质隔热材料即可，但炉膛温度大于ioooc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，工作温度人于1350C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

10、，钏固方式也非常关键。二、采用多层衬里结构各层衬里厚度，及锚固系统设计：采用多层衬里结构时，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，设计寿命以及设计经验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形状的锚固件，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

11、一定的锚固，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，两种材质的区別在于炉内工作温度，金属锚固件不能承受工作温度时，则釆用非金属锚固件，非金属锚固件承受高温的能力比金属锚固件高，一般在1300C以上时则釆用非金属锚固件。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80250mm分布，具体尺寸要根据炉型结构，材料强度及重量适当增减钏固钉的密度。锚固件高度是根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7080%,般要埋入衬里工作面下3080nmi,具体情况视炉内工作温度而定，在确保结构

12、强度的同时，也要考虑锚固件的耐温性能。关于这一点可详细参照中石化衬里设计规范(SH3531-2003)标准。三、衬里材料膨胀缝的留设原则：衬里材料的膨胀缝留设一般根据衬里材料的材质性能和衬里厚度及炉子温度情况进行设计，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现鼓涨、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一定的线收缩，这一性质一般以重烧线变化来标定；另一方面，材料本身有一定的热胀冷缩性能，这两个方面决定膨胀缝留设的人小和多少。一般轻质浇注料的重烧线收缩较人，而热胀冷缩的性能较小，故膨胀缝的留设一般不超过15mm20mm,而象硫磺炉耐火层因

13、炉膛工作温度较高，重质材料的热膨胀系数较人，故一般轴向方向留设膨胀缝宽度为25mm40mm,而坏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3mm,般膨胀缝间距为1500mm2500mm道。四、衬里设计中的传热计算：一般工业窑炉的传热计算釆用约算法，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。具体计算方法如下：（一）、圆筒壁导热的简化计算：圆筒壁的计算较平壁复杂，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1，内、外直径分別为山和血的圆筒壁，其内表面积耳0加，外表面积F2Q7r

14、d2lo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：Fm二g（F1+F2）=l（d1grijlEdml通过此平壁的热流量为：Q=右丸哈dml、（m）其热流密度为：天,（W/m）1式中：5圆筒壁厚度，6=丄（山阴），m2J圆筒壁平均直径，九=丄胡m2当空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：q冷半亠，（w/m）岗5皿入例：蒸汽管内径和外径分別为160mm和170mm,管外裹着两层隔热材料，第一层为厚度6O30mm,第二层百度为（53950n）in,管壁及两层隔热材料的导热系数分别为：入058,A290.17,入3。0.09,（w/m.C

15、）。蒸汽管内表面温度t&300C,外表面温度t4Q50Co求通过每米长度蒸汽管线的热损失和各层间的温度。解：由于也遛，故可用简化计算：dl平均直径为：g空空165mm,心0型史200inm,222300330dni390280mm2300U50故热流密度为：0.005g0.03t0.057T0.16558赛：0.30.17卑0.280.09故：Uq,观0300回27500300Ct3OtHqJRiii晴匕)。3001)275(0g0.28)0223C这里：各层热阻的系数为：D1tr.1.0.085“Rtlll9hi9*19012tt入耳2%580.08Rti一11】巨?-帕巴匕00.28(mC

16、/w)一2?r入12%0.170.085RP132-hiP-1165P0.64(mC/w)32ttA3r32tt0.090.115(二)、通过多层平壁的导热计算：每层厚度分别为久、匚、厲，导热系数分别为入、入、入3,并且均为常数，多层内外表面温度分別为t|和切且耳勺，层与层之间温度为t2#t3.因为稳定导热，各层温度都不随时间而变，通过各层的热流量也不随时间变化，因此通过各层的热流量可以用下式表示：Q。扌山UtJX。十(t2)比*。4山）3移项可得:耳业。戏t2%。比丸t3Dt40R3丸各项相加得平壁导热的热流量计算公式：Q9W叭R1强2典3式中：兔、阳为第一、二、三层的热阻，C/w.&1=3=对于各层之间的温度：可将计算的Q值代入式中，则:t2OtilQRtit3HQ】凤）t4XDQR叽齐3）通过上述计算公式，可以计算各层的层间温度，反之也可计算各层厚度，一般以计算较多。