Огнеупор - Википедия - Refractory

Эта статья о термостойкости. Для использования в других целях см. Огнеупорный (значения).
Огнеупорный кирпич в торпедная машина используется для перевозки жидкого чугуна

А огнеупорный материал или же огнеупорный это материал, устойчивый к разложению под воздействием тепла, давления или химического воздействия, и сохраняющий прочность и форму при высоких температуры.[1] Огнеупоры бывают неорганическими, неметаллическими, пористыми и неоднородными. Обычно они состоят из оксидов или неоксидов, таких как карбиды, нитриды и т. Д., Следующих материалов: кремний, алюминий, магний, кальций, и цирконий.[2] Некоторые металлы с температурой плавления> 1850 ° C, такие как ниобий, хром, цирконий, вольфрам-рений, тантал и т. Д., Также считаются огнеупорами.[3].

ASTM C71 определяет огнеупоры как «... неметаллические материалы, обладающие такими химическими и физическими свойствами, которые делают их применимыми для конструкций или компонентов систем, которые подвергаются воздействию окружающей среды выше 1000 ° F (811 K; 538 ° C)».[4]

Огнеупорные материалы используются в печи, печи, мусоросжигательные заводы, и реакторы. Огнеупоры также используются для изготовления тигли и формы для литья стекла и металлов, а также для наплавки систем пламегасителей для ракетных пусковых устройств.[5] Сегодня черная металлургия в секторах литья металлов используется около 70% всех производимых огнеупоров.[6]

Огнеупорные материалы

Огнеупорные материалы должны быть химически и физически устойчивыми при высоких температурах. В зависимости от рабочей среды они должны быть устойчивы к тепловой удар, быть химически инертный, и / или иметь определенные диапазоны теплопроводность и коэффициента тепловое расширение.

В оксиды из алюминий (глинозем ), кремний (кремнезем ) и магний (магнезия ) являются наиболее важными материалами, используемыми при производстве огнеупоров. Другой оксид, обычно встречающийся в огнеупорах, - это оксид кальций (Лайм ).[7] Огненные глины также широко используются при производстве огнеупоров.

Огнеупоры следует выбирать в соответствии с условиями, с которыми они сталкиваются. В некоторых случаях требуются специальные огнеупорные материалы.[8] Цирконий используется, когда материал должен выдерживать чрезвычайно высокие температуры.[9] Карбид кремния и углерод (графит ) - два других огнеупорных материала, используемых в некоторых очень суровых температурных условиях, но они не могут использоваться в контакте с кислород, как они окислять и сжечь.

Бинарные соединения Такие как карбид вольфрама или же нитрид бора может быть очень тугоплавким. Карбид гафния является наиболее тугоплавким из известных бинарных соединений с температура плавления 3890 ° С.[10][11] В тройное соединение карбид тантала гафния имеет одну из самых высоких температур плавления среди всех известных соединений (4215 ° C).[12][13]

Использует

Огнеупорные материалы полезны для следующих функций:[14][2]

  1. Служит тепловым барьером между горячей средой и стенкой емкости
  2. Устойчивость к физическим нагрузкам и предотвращение эрозии стенок сосудов из-за горячей среды
  3. Защита от коррозии
  4. Обеспечение теплоизоляции

Огнеупоры имеют множество полезных применений. В металлургической промышленности огнеупоры используются для футеровки печей, обжиговых печей, реакторов и других сосудов, которые удерживают и транспортируют горячие среды, такие как металл и шлак. Огнеупоры имеют и другие высокотемпературные области применения, такие как огневые нагреватели, установки водородного риформинга, установки первичного и вторичного риформинга аммиака, печи крекинга, коммунальные котлы, установки каталитического крекинга, воздухонагреватели и печи для серы.[14]

Классификация огнеупорных материалов

Огнеупоры классифицируются по нескольким признакам в зависимости от:

  1. Химический состав
  2. Способ изготовления
  3. Температура плавления
  4. огнеупорность
  5. Теплопроводность

По химическому составу

Кислотные огнеупоры

Кислотные огнеупоры обычно непроницаемы для кислых материалов, но легко разрушаются основными материалами, и поэтому используются с кислым шлаком в кислой среде. Они включают в себя вещества, такие как диоксид кремния, оксид алюминия и шамота кирпича огнеупоров. Известными реагентами, которые могут атаковать как оксид алюминия, так и диоксид кремния, являются плавиковая кислота, фосфорная кислота и фторированные газы (например, HF, F2).[15] При высоких температурах кислые огнеупоры могут также вступать в реакцию с известью и основными оксидами.

  • Кремнеземные огнеупоры огнеупоры, содержащие более 93% оксида кремния (SiO2). Они кислые, обладают высокой стойкостью к тепловым ударам, флюсом и шлакоустойчивостью, а также высоким сопротивлением растрескиванию. Кирпичи из кремнезема часто используются в черной металлургии в качестве материалов для печей. Важным свойством силикатного кирпича является его способность сохранять твердость при высоких нагрузках до точки плавления.[2]
  • Циркониевые огнеупоры являются огнеупорами, в основном состоящими из оксида циркония (ZrO2). Их часто используют в стекловаренных печах, потому что они имеют низкую теплопроводность, нелегко смачиваются расплавленным стеклом и имеют низкую реакционную способность с расплавленным стеклом. Эти огнеупоры также полезны для применения в высокотемпературных строительных материалах.
  • Алюмосиликатные огнеупоры в основном состоят из глинозема (Al2О3) и кремнезем (SiO2). Алюмосиликатные огнеупоры могут быть полуацидными, шамотными композитами или композитами с высоким содержанием глинозема.[требуется разъяснение ][16]

Основные огнеупоры

Основные огнеупоры используются в областях, где шлаки и атмосфера являются основными. Они устойчивы к щелочным материалам, но могут реагировать на кислоты. Основное сырье относится к группе RO, распространенным примером которой является магнезия (MgO). Другие примеры включают доломит и хром-магнезию. В первой половине двадцатого века в процессе производства стали использовались искусственные периклаз (жареный магнезит ) в качестве футеровочного материала печи.

  • Магнезитовые огнеупоры состоят из ≥ 85% оксида магния (MgO). Они имеют высокую стойкость шлака к извести и богатое железо шлаков, сильный износ и устойчивость к коррозии и высокой огнеупорность под нагрузкой, и обычно используются в металлургических печах.[17]
  • Доломитовые огнеупоры в основном состоят из карбоната кальция и магния. Как правило, огнеупоры из доломита используются в конвертерных и рафинировочных печах.[18]
  • Магнезиально-хромовые огнеупоры в основном состоят из оксида магния (MgO) и оксида хрома (Cr2О3). Эти огнеупоры имеют высокую огнеупорность и имеют высокую толерантность к агрессивным средам.

Нейтральные огнеупоры

Они используются в областях, где шлаки и атмосфера являются кислыми или щелочными и химически устойчивы как к кислотам, так и к щелочам. Основное сырье принадлежит, но не ограничивается, R2О3 группа. Типичные примеры этих материалов: глинозем (Al2О3), хромия (Cr2О3) и углерод.[2]

  • Углеродно-графитовые огнеупоры в основном состоят из углерода. Эти огнеупоры часто используется в сильно восстановительной среде, а также их свойства высокой огнеупорности позволяют им превосходную термическую стабильность и устойчивость к шлакам.
  • Хромитовые огнеупоры состоят из спеченной магнезии и хрома. Они имеют постоянный объем при высоких температурах, высокой огнеупорностью и высокой стойкостью к шлаки.[19]
  • Огнеупоры из глинозема состоят из ≥ 50% глинозема (Al2О3).

В зависимости от способа изготовления

  1. Процесс сухого прессования
  2. Плавленый бросок
  3. Ручная формовка
  4. Формованный (нормальный, обожженный или химически связанный)
  5. Неформованные (монолитно-пластиковая, набивная и торкрет-масса, бетоны, растворы, сухие виброцементы.)
  6. Неформованные сухие огнеупоры.

В форме

Они имеют стандартные размер и форму. Они могут быть далее разделены на стандартные формы и особые формы. Стандартные формы имеют размеры, которые соответствуют большинству производителей огнеупоров и обычно применимы для обжиговых печей того же типа. Стандартные формы - это кирпичи стандартного размера 9 × ​4 1⁄2 × ​2 1⁄2 дюймы (230 × 114 × 64 мм), и этот размер называется «эквивалентом одного кирпича». «Эквиваленты кирпича» используются для оценки количества огнеупорных кирпичей, необходимых для установки в промышленную печь. Для производства стен, крыш, арок, труб, круглых отверстий и т. Д. Существуют ряды стандартных форм различных размеров. Особые формы изготавливаются специально для определенных мест внутри печей и для конкретных печей или печей. Специальные формы обычно менее плотные и поэтому менее износостойкие, чем стандартные формы.

Неформованные (монолитные огнеупоры)

Они не имеют определенной формы и принимают форму только после применения. Эти типы более известны как монолитные огнеупоры. Типичные примеры - пластмассовые массы, Набивные массы, огнеупоры, торкрет-массы, зачистные смеси, минометы и т. д.

Сухие вибрационные футеровки, часто используемые в Индукционная печь футеровка также является монолитной и продается и транспортируется в виде сухого порошка, обычно с составом оксида магния / оксида алюминия с добавками других химикатов для изменения определенных свойств. Они также находят все большее применение в футеровке доменных печей, хотя это все еще редко.

В зависимости от температуры плавления

Огнеупорные материалы делятся на три типа в зависимости от температура плавления (температура плавления).

  • Обычные огнеупоры иметь температуру плавления 1580 ~ 1780 ° C (например, огненная глина)
  • Высокие огнеупоры имеют температуру плавления 1780 ~ 2000 ° C (например, хромит)
  • Супер огнеупоры иметь температуру плавления> 2000 ° C (например, диоксид циркония)

На основе рефрактерности

Огнеупорность этого свойства огнеупорного х многофазной для достижения определенной степени размягчения при высокой температуре без нагрузки, и измеряется с помощью пирометрический конус эквивалентный (PCE) тест. Огнеупоры подразделяются на:[2]

  • Супер пошлина: Значение PCE 33–38
  • Высокий режим: Значение PCE 30–33
  • Промежуточная пошлина: Значение PCE 28–30
  • Низкая нагрузка: Значение PCE 19–28

По теплопроводности

Огнеупоры можно классифицировать по теплопроводность как проводящие, непроводящие или изолирующие. Примерами проводящих огнеупоров являются SiC и ZrC, тогда как примерами непроводящих огнеупоров являются диоксид кремния и оксид алюминия. Изоляционные огнеупоры включают силикат кальция, каолин и диоксид циркония.

Изоляционные огнеупоры используются для уменьшения потерь тепла через стенки печи. Эти огнеупоры имеют низкую теплопроводность в связи с высокой степенью пористости, с желаемой пористой структурой малых, однородных поры равномерно распределены по всему огнеупорному кирпичу для минимизации теплопроводности. Изоляционные огнеупоры можно разделить на четыре типа:[2]

  1. Термостойкие изоляционные материалы с температурой применения ≤ 1100 ºC
  2. Огнеупорный изоляционные материалы с температурой применения ≤ 1400 ºC
  3. Высокая огнеупорная изоляционные материалы с температурой применения ≤ 1700 ºC
  4. Сверхвысокий огнеупор изоляционные материалы с температурой применения ≤ 2000 ºC

Огнеупорный анкер

Для всех огнеупоров требуются анкерные системы, такие как анкеры из проволоки, формованный металл (например, гексметалл ) Или керамическая плитка для поддержки огнеупорных футеровок. Крепления, используемые для огнеупоров на крышах и вертикальных стенах, более важны, поскольку они должны оставаться способными выдерживать вес огнеупоров даже при повышенных температурах и условиях эксплуатации.

Обычно используемые крепления имеют круглое или прямоугольное сечение. Круглые поперечные сечения используются для огнеупоров малой толщины, и они выдерживают меньший вес на единицу площади; тогда как прямоугольное поперечное сечение используется для огнеупоров большой толщины и может выдерживать больший вес огнеупора на единицу площади. Количество анкеров зависит от условий эксплуатации и огнеупорных материалов. Выбор материала, формы, количества и размера анкера существенно влияет на срок службы огнеупора.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Эйлса Аллаби и Майкл Аллаби (1996). Краткий словарь наук о Земле. Оксфордские книги в мягкой обложке Издательство Оксфордского университета.
  2. ^ а б c d е ж «Огнеупоры и классификация огнеупоров - ИспатГуру». Получено 6 марта 2020.
  3. ^ «Огнеупорный металл - обзор | Темы ScienceDirect». www.sciencedirect.com. Получено 23 ноября 2020.
  4. ^ ASTM Объем 15.01 Огнеупоры; Активированный уголь, улучшенная керамика
  5. ^ Огнеупорные материалы для контроля коррозии системы защиты пламегасителя: исследование аналогичных производств и / или пусковых установок - январь 2009 г. - НАСА
  6. ^ «Насколько круты огнеупорные материалы?» (PDF). Журнал Южноафриканского института горного дела и металлургии. 106 (Сентябрь): 1–16. 2008 г.. Получено 22 апреля 2016.
  7. ^ Грувер, Микелл П. (7 января 2010 г.). Основы современного производства: материалы, процессы и системы. Джон Уайли и сыновья. ISBN  9780470467008.
  8. ^ Sonntag, Kiss, Banhidi, Weber (2009). «Мебельные решения для новой печи для технической керамики». Керамический форум Международный. 86 (4): 29–34.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  9. ^ Роза, Грег (2009). Цирконий. Издательская группа Rosen. ISBN  9781435850705.
  10. ^ Хью О. Пирсон (1992). Справочник по химическому осаждению из паровой фазы (CVD): принципы, технологии и приложения. Уильям Эндрю. С. 206–. ISBN  978-0-8155-1300-1. Получено 22 апреля 2011.
  11. ^ Гафний, Лос-Аламосская национальная лаборатория
  12. ^ Энциклопедия науки и техники Макгро-Хилла: международный справочник в пятнадцати томах, включая указатель. Макгроу-Хилл. 1977. с. 360. ISBN  978-0-07-079590-7. Получено 22 апреля 2011.
  13. ^ "Гафний". Британская энциклопедия. Encyclopdia Britannica, Inc. Получено 17 декабря 2010.
  14. ^ а б Ала, Хусейн. «Введение в огнеупоры» (PDF). Технологический университет - Ирак.
  15. ^ "Аккуратус". Оксид алюминия, керамические свойства Al2O3. 2013. Получено 22 ноября 2014.
  16. ^ Полубояринов Д. Н. (1960). Высокоглиноземистые керамические и огнеупорные материалы.. Москва.
  17. ^ «Магнезитовые Огнеупоры». www.termorefractories.com. Получено 6 марта 2020.
  18. ^ «Кирпич доломитовый и кирпич доломитовый магнезиальный». www.ruizhirefractory.com. Получено 6 марта 2020.
  19. ^ «Хромитовые огнеупоры». termorefractories.com. Получено 6 марта 2020.