如何根据具体的使用环境选择合适的耐火材料?
根据具体使用环境选择合适的耐火材料需要考虑以下几个关键因素:一、温度条件高温持续时间和峰值温度如果使用环境是长时间处于高温状态,如连续运行的钢铁冶炼高炉,需要选择耐火度高且在高温下性能稳定的耐火材料。
根据具体使用环境选择合适的耐火材料需要考虑以下几个关键因素:
一、温度条件
- 高温持续时间和峰值温度
- 如果使用环境是长时间处于高温状态,如连续运行的钢铁冶炼高炉,需要选择耐火度高且在高温下性能稳定的耐火材料。例如,对于高炉的炉缸部位,由于长期承受高温铁水和炉渣的侵蚀,以及巨大的压力,通常选用高级耐火材料中的碳砖。碳砖具有很高的耐火度(一般超过 2000℃),能在 1500 - 1600℃的高温下长期稳定工作,而且其导热性好,能有效地将热量传导出去,避免局部过热。
- 对于存在短暂高温峰值的环境,如某些间歇性运行的加热炉,材料除了要能承受峰值温度外,还需要有较好的抗热震性。像硅砖适用于玻璃熔窑等有高温需求的地方,其耐火度可达 1710 - 1730℃,能承受玻璃熔制过程中的高温,但硅砖的抗热震性较差,所以使用环境中的温度变化不能过于剧烈。
二、化学环境
炉渣和介质的酸碱性
- 在酸性环境下,如一些生产硫酸的化工反应炉,应选择酸性耐火材料。硅砖是一种常用的酸性耐火材料,其主要成分是氧化硅,对酸性炉渣和介质有很好的抵抗能力。例如,在硫酸生产过程中的焙烧炉中,硅砖可以有效地抵御硫酸等酸性物质的侵蚀,保证反应炉的正常运行。
- 在碱性环境中,像炼钢转炉这种有大量碱性炉渣产生的设备,碱性耐火材料是首选。镁砖就是典型的碱性耐火材料,其氧化镁含量高,能很好地抵抗碱性炉渣的侵蚀。转炉炉衬采用镁碳砖,在炼钢过程中,当炉渣呈碱性时,镁碳砖能够保持较好的稳定性,减少被侵蚀的速度,从而延长转炉的使用寿命。
- 如果是中性化学环境,可选用中性耐火材料,如以氧化铝为主要成分的刚玉制品。在一些有色金属冶炼炉中,炉内化学环境相对中性,刚玉制品的耐火度高,对中性介质的抗蚀性较好,能够满足冶炼过程的要求。
是否存在特殊化学物质的侵蚀
- 当使用环境中有特殊化学物质时,需要考虑耐火材料对这些物质的耐受性。例如,在石油化工的裂解炉中,存在大量的烃类物质以及一些复杂的化学添加剂,此时需要选择既能耐高温又能抵抗这些特殊化学物质侵蚀的耐火材料。莫来石砖具有良好的化学稳定性,能够在这种复杂的化学环境下保持较好的性能,被广泛应用于石油化工裂解炉的内衬。
三、物理环境
承受的压力和应力
- 如果耐火材料需要承受较大的压力,如在大型水泥回转窑中,窑体的重量以及内部物料的重量会对窑衬产生巨大的压力。在这种情况下,应选择强度高、耐压性能好的耐火材料。镁铁尖晶石砖具有较高的强度和良好的耐压性能,能够承受水泥回转窑运行过程中的压力,保证窑衬不会因为压力过大而损坏。
- 对于承受剪切应力或冲击应力的环境,如在一些金属铸造的浇包中,耐火材料要具有较好的抗冲击性和韧性。高铝质浇注料由于其良好的韧性和抗冲击性能,可用于铸造浇包的内衬,在金属液的冲击和流动过程中,能够保持结构的完整性,防止内衬出现裂缝或剥落。
磨损情况
- 在有强烈磨损的环境中,如火力发电站锅炉的煤粉喷吹管部位,煤粉高速流动会对管壁产生严重的磨损。此时应选用耐磨性好的耐火材料。碳化硅质耐火材料具有高硬度和良好的耐磨性,将其制成耐磨涂层或内衬应用于煤粉喷吹管,可以有效地抵抗煤粉的磨损,延长喷吹管的使用寿命。
四、其他特殊要求
气氛条件
- 在还原气氛浓厚的环境下,如一些采用还原法冶炼的金属炉窑,需要选择在还原气氛中性能稳定的耐火材料。碳质耐火材料在还原气氛下具有较好的稳定性,例如在采用直接还原法炼铁的竖炉中,碳砖可以适应竖炉内的还原气氛,保证炉体的正常运行。
- 在氧化气氛环境中,像玻璃熔窑的喷火口部位,需要选择抗氧化性好的耐火材料。电熔锆刚玉砖不仅具有高耐火度,而且抗氧化性强,适合用于玻璃熔窑喷火口这种处于氧化气氛且温度极高的部位。
热导率要求
- 如果希望在使用环境中有效地传导热量,如在一些需要快速加热或冷却的热处理炉中,应选择热导率高的耐火材料。石墨制品的热导率高,可用于某些需要快速升温或降温的热处理设备中,能够提高设备的热效率。
- 相反,在需要隔热保温的环境下,如高温炉窑的外层隔热层,则要选择热导率低的耐火材料。陶瓷纤维制品具有很低的热导率,是一种理想的高温隔热材料,将其用于炉窑的外层隔热,可以减少热量的散失,提高能源利用率。
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