Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о термостойкости. Для использования в других целях, см Огнеупорный (значения) .
Огнеупорные кирпичи в торпедном вагоне для перевозки жидкого чугуна

Огнеупорный материал или огнеупорный представляет собой материал , который устойчив к разложению под действием тепла, давлением, или химическим воздействием, и сохраняет прочность и форму при высоких температурах . [1] Огнеупоры бывают поликристаллическими, многофазными, неорганическими, неметаллическими, пористыми и гетерогенными. Обычно они состоят из оксидов или неоксидов, таких как карбиды, нитриды и т. Д., Из 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 печах , печах , инсинераторах и реакторах . Огнеупоры также используются для изготовления тиглей и форм для литья стекла и металлов, а также для наплавки систем дефлекторов пламени для конструкций для запуска ракет. [5] Сегодня в черной металлургии и металлургии используется около 70% всех производимых огнеупоров. [6]

Огнеупорные материалы [ править ]

Огнеупорные материалы должны быть химически и физически устойчивыми при высоких температурах. В зависимости от рабочей среды они должны быть стойкими к тепловому удару , быть химически инертными и / или иметь определенные диапазоны теплопроводности и коэффициента теплового расширения .

Эти оксиды из алюминия ( глинозем ), кремний ( кремнезем ) и магний ( магнезия ) являются наиболее важными материалами , используемыми в производстве огнеупоров. Другой оксид, обычно содержащийся в огнеупорах, - это оксид кальция ( известь ). [7] Огненные глины также широко используются в производстве огнеупоров.

Огнеупоры следует выбирать в соответствии с условиями, с которыми они сталкиваются. В некоторых случаях требуются специальные огнеупорные материалы. [8] Диоксид циркония используется, когда материал должен выдерживать чрезвычайно высокие температуры. [9] Карбид кремния и углерод ( графит ) - два других тугоплавких материала, используемых в некоторых очень суровых температурных условиях, но их нельзя использовать в контакте с кислородом , так как они окисляются и горят.

Бинарные соединения, такие как карбид вольфрама или нитрид бора, могут быть очень тугоплавкими. Карбид гафния является наиболее тугоплавким из известных бинарных соединений с температурой плавления 3890 ° C. [10] [11] тройное соединение тантал карбид гафния имеет одну из самых высоких точек плавления всех известных соединений (4215 ° С). [12] [13]

Использует [ редактировать ]

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

  1. Служит тепловым барьером между горячей средой и стенкой вмещающего сосуда.
  2. Выдерживание физических нагрузок 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 [ править ]

Огнеупоры классифицируются по нескольким параметрам в зависимости от:

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

По химическому составу [ править ]

Кислотные огнеупоры [ править ]

Кислотные огнеупоры, как правило, 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 воздействовать как на оксид алюминия, так и на диоксид кремния, являются плавиковая кислота, фосфорная кислота и фторированные газы (например, HF, F 2 ). [15] При высоких температурах кислые огнеупоры могут также вступать в реакцию с известью и основными оксидами.

  • Огнеупоры из диоксида кремния - это огнеупоры, содержащие более 93% оксида кремния (SiO 2 ). Они кислые, обладают высокой стойкостью к тепловому удару, 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]
  • Огнеупоры из диоксида циркония - это огнеупоры, в основном состоящие из оксида циркония (ZrO 2 ). 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 жаропрочных строительных материалах.
  • Алюмосиликатные огнеупоры в основном состоят из оксида алюминия (Al 2 O 3 ) и кремнезема (SiO 2 ). Алюмосиликатные огнеупоры могут быть полуацидными, шамотными композитами или композитами с высоким содержанием глинозема. [ требуется разъяснение ] [16]

Основные огнеупоры [ править ]

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 хроммагнезию. В первой половине двадцатого века при производстве стали в качестве материала футеровки печи использовался искусственный периклаз (обожженный магнезит ).

  • 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. Обычно доломитовые огнеупоры используются в конвертерных и рафинировочных печах. [18]
  • Магнезиально-хромовые огнеупоры в основном состоят из оксида магния (MgO) и оксида хрома (Cr 2 O 3 ). Эти огнеупоры имеют высокую огнеупорность и имеют высокую толерантность к агрессивным средам.

Нейтральные огнеупоры [ править ]

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 к группе R 2 O 3 , но не ограничивается ею . Типичными примерами этих материалов являются оксид алюминия (Al 2 O 3 ), оксид хрома (Cr 2 O 3 ) и углерод. [2]

  • Углеродистые 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 окиси хрома. Они имеют постоянный объем при высоких температурах, высокой огнеупорностью и высокой стойкостью к шлаки. [19]
  • Глиноземные огнеупоры состоят из ≥ 50% глинозема (Al 2 O 3 ).

По способу изготовления [ править ]

  1. Процесс сухого пресса
  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.

Формованный [ править ]

Они имеют стандартный 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, как правило , кирпичи , которые имеют стандартный размер 9  ×  4 1 / 2  ×  2 1 ⁄ 2 дюйма (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) [ править ]

Они не имеют определенной формы и принимают форму только после нанесения. Эти типы более известны как монолитные огнеупоры. Общими примерами являются пластические массы, набивные массы , бетоны, торкрет массы, футеровка смеси, строительные растворы и т.д.

Сухая вибрационная футеровка, часто используемая в футеровке индукционных печей , 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.

На основе температуры плавления [ править ]

Огнеупорные материалы подразделяются на три типа в зависимости от температуры плавления (точки плавления).

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

На основе рефрактерности [ править ]

Огнеупорность является собственностью многофазных огнеупорным для достижения определенной степени размягчения при высокой температуре без нагрузки, и измеряется с помощью пирометрического конуса эквивалентным (PCE) испытанием. Огнеупоры классифицируются как: [2]

  • Сверхмощный: значение PCE 33–38
  • Высокий режим: значение PCE 30–33
  • Промежуточный режим : значение PCE 28–30
  • Низкая нагрузка : значение PCE 19–28

По теплопроводности [ править ]

Огнеупоры можно классифицировать по теплопроводности 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 ° C
  2. Огнеупорные изоляционные материалы с температурой применения ≤ 1400 ° C
  3. Высокие огнеупорные изоляционные материалы с применением температур ≤ 1700 ° C
  4. Сверхвысокие тугоплавкие изоляционные материалы с температурой применения ≤ 2000 ° C

Огнеупорный анкер [ править ]

Все огнеупоры требуют анкерных систем , таких как проволока образованны якоря, образованного металл (например, hexmetal ) или керамической плитку 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 поперечное сечение. Круглые поперечные сечения используются для огнеупоров малой толщины, и они выдерживают меньший вес на единицу площади; в то время 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.

См. Также [ править ]

  • Огненный кирпич
  • Печь
  • Кладочная печь
  • Преломление (металлургия)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Айлса Аллаби и Майкл Аллаби (1996). Краткий словарь наук о Земле . Оксфордские книги в мягкой обложке Издательство Оксфордского университета.
  2. ^ a b c d e f "Огнеупоры и классификация огнеупоров - ИспатГуру" . Дата обращения 6 марта 2020 .
  3. ^ «Тугоплавкий металл - обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 23 ноября 2020 года .
  4. ^ ASTM Volume 15.01 Огнеупоры; Активированный уголь, улучшенная керамика
  5. ^ Огнеупорные материалы для контроля коррозии системы защиты дефлектора пламени: Обзор аналогичных производств и / или пусковых установок - январь 2009 - НАСА
  6. ^ "Насколько круты огнеупорные материалы?" (PDF) . Журнал Южноафриканского института горного дела и металлургии . 106 (сентябрь): 1–16. 2008 . Проверено 22 апреля 2016 года .
  7. ^ Groover, Mikell P. (7 января 2010). Основы современного производства: материалы, процессы и системы . Джон Вили и сыновья . ISBN 9780470467008.
  8. Перейти ↑ Sonntag, Kiss, Banhidi, Weber (2009). «Мебельные решения для новой печи для технической керамики». Керамический форум . 86 (4): 29–34.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  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. Проверено 22 апреля 2011 года .
  11. ^ Гафний , Национальная лаборатория Лос-Аламоса
  12. ^ McGraw-Hill энциклопедия науки и техники: международная справочная работа в пятнадцати томах , включая индекс . Макгроу-Хилл. 1977. с. 360. ISBN 978-0-07-079590-7. Проверено 22 апреля 2011 года .
  13. ^ "Гафний" . Британская энциклопедия . Большой энциклопедический словарь Inc. Проверено 17 Декабря +2010 .
  14. ^ а б Алаа, Хусейн. «Введение в огнеупоры» (PDF) . Технологический университет - Ирак .
  15. ^ "Accuratus" . Оксид алюминия, керамические свойства Al2O3 . 2013 . Проверено 22 ноября 2014 года .
  16. ^ Poluboiarinov, DN (1960). Высокоглиноземистые керамические и огнеупорные материалы . Москва.
  17. ^ "Магнезитовые огнеупоры" . www.termorefractories.com . Дата обращения 6 марта 2020 .
  18. ^ «Доломитовый кирпич и магнезиальный доломитовый кирпич» . www.ruizhirefractory.com . Дата обращения 6 марта 2020 .
  19. ^ "Хромитовые огнеупоры" . termorefractories.com . Дата обращения 6 марта 2020 .