내화물

Refractory
이 기사는 내열성에 관한 것입니다.기타 용도는 내화물(동음이의)을 참조하십시오.
쇳물을 운반하는 어뢰차의 내화벽돌

내화물 또는 내화물은 열, 압력 또는 화학적인 공격에 의한 분해에 강하고 [1]고온에서 강도와 형태를 유지하는 물질이다.내화물은 다결정, 다상, 무기, 비금속, 다공질 및 이종입니다.일반적으로 실리콘, 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 붕소, 크롬 및 지르코늄의 [2]산화물 또는 탄화물, 질화물 등으로 구성됩니다.

ASTM C71은 내화물을 1,000°F(811K; 538°C)[3] 이상의 환경에 노출되는 구조물 또는 시스템의 구성요소로 적용할 수 있는 화학적 및 물리적 특성을 가진 비금속 물질로 정의한다.

내화재는 용해로, 가마, 소각로 및 원자로에 사용됩니다.내화물은 또한 유리 및 금속을 주조하기 위한 도가니 및 몰드를 만들고 로켓 발사 [4]구조용 화염 디플렉터 시스템을 표면화하는 데 사용됩니다.오늘날 [5]철강 산업 및 금속 주조 부문은 생산된 모든 내화재의 약 70%를 사용합니다.

내화재

내화재는 고온에서 화학적, 물리적으로 안정적이어야 합니다.동작환경에 따라서는 열충격에 강하고 화학적으로 불활성이어야 하며 열전도율 및 열팽창계수의 특정 범위를 가져야 합니다.

알루미늄(알루미나), 실리콘(실리카) 및 마그네슘(마그네시아)의 산화물은 내화물 제조에 사용되는 가장 중요한 재료입니다.보통 내화물에서 발견되는 또 다른 산화물은 칼슘(석회)[6]의 산화물입니다.내화 점토는 내화재 제조에도 널리 사용됩니다.

내화물은 직면한 조건에 따라 선택해야 합니다.일부 용도에는 [7]특수 내화재가 필요합니다.지르코니아는 물질이 극도로 높은 [8]온도를 견뎌야 할 때 사용됩니다.탄화규소와 탄소(그래파이트)는 일부 매우 심각한 온도 조건에서 사용되는 다른 두 가지 내화물이지만 산소와 접촉하여 사용할 수 없습니다. 산화 및 연소되기 때문입니다.

텅스텐 카바이드나 질화붕소와 같은 2치 화합물은 매우 내화성이 있을 수 있다.하프늄 탄화물은 알려진 것 중 가장 내화성이 높은 2원 화합물로, 녹는점은 3890°[9][10]C입니다.삼원 화합물 탄탈 하프늄 탄화물은 알려진 모든 화합물 중 가장 높은 녹는점(4215°C)[11][12]을 가지고 있습니다.

몰리브덴 디실리사이드는 2030°C의 높은 녹는점을 가지며 종종 발열체로 사용된다.

사용하다

내화재는 다음과 같은 [13][2]기능에 유용합니다.

  1. 격납용기의 열매체와 벽 사이의 열장벽 역할을 한다.
  2. 물리적 응력을 견디고 고온 매질로 인한 혈관벽 침식 방지
  3. 부식 방지
  4. 단열재 제공

내화물에는 여러 가지 유용한 용도가 있습니다.야금 산업에서 내화재는 라이닝 용해로, 가마, 원자로 및 금속 및 슬래그와 같은 고온 매체를 보관하고 운반하는 기타 용기에 사용됩니다.내화물에는 연소식 히터, 수소 개질기, 암모니아 1차 및 2차 개질기, 균열로, 유틸리티 보일러, 촉매 균열 장치, 공기 히터 및 [13]황로 등 다른 고온 용도가 있습니다.

내화재 분류

내화물은 다음을 기준으로 여러 가지 방법으로 분류됩니다.

  1. 화학 조성
  2. 제조방법
  3. 융접 온도
  4. 내화성
  5. 열전도율

화학조성 기준

산성 내화물

산성 내화물은 일반적으로 산성 물질에 침투하지 않지만 기본 물질에 의해 쉽게 공격되므로 산성 환경에서 산성 슬래그와 함께 사용됩니다.여기에는 실리카, 알루미나, 내화 점토 벽돌 내화물 등이 포함됩니다.알루미나와 실리카를 모두 공격할 수 있는 주목할 만한 시약으로는 불산, 인산 및 불소 가스(예: HF, F2)[14]가 있습니다.고온에서 산성 내화물은 라임 및 염기성 산화물과 반응할 수도 있습니다.

  • 실리카 내화물은 실리콘 산화물(SiO2)이 93% 이상 함유된 내화물입니다.산성이며 열충격에 대한 저항성이 높고 플럭스와 슬래그에 대한 저항성이 높으며 폭렬 저항성이 높습니다.실리카 벽돌은 철강 산업에서 용해로 재료로 자주 사용됩니다.실리카 벽돌의 중요한 특성은 높은 부하에서도 융접점까지 [2]경도를 유지하는 능력입니다.실리카 내화물은 일반적으로 가격이 저렴하기 때문에 쉽게 폐기할 수 있습니다.유기수지와 혼합할 경우 산화실리콘(90%)을 줄여 높은 강도와 주조 지속시간을 제공하는 신기술이 개발됐다.
  • 지르코니아 내화물은 주로 산화 지르코늄(ZrO2)으로 구성된 내화물입니다.열 전도율이 낮고 용융 유리에 쉽게 젖지 않으며 용융 유리와 반응성이 낮기 때문에 유리 용해로에 자주 사용됩니다.이러한 내화물은 고온 건축 자재에 적용할 때도 유용합니다.
  • 알루미늄 규산염 내화물은 주로 알루미나(AlO23)와 실리카(SiO2)로 구성됩니다.알루미늄 규산염 내화물은 반산성, 내화 점토 복합체 또는 고알루미나 함유 [clarification needed][15]복합체일 수 있습니다.

염기성 내화물

기본 내화재는 슬래그와 대기가 기본인 영역에 사용됩니다.이들은 알칼리성 물질에 안정적이지만 산과 반응할 수 있으며, 이는 예를 들어 선철에서 인을 제거할 때 중요합니다(길크리스트 참조).Thomas 프로세스).주요 원료는 RO 그룹에 속하며, 그 중 마그네시아(MgO)가 일반적인 예입니다.다른 예로는 돌로마이트와 크롬 마그네시아가 있다.20세기 전반의 제강 공정에서는 인공 페리클라아제(구이 마그네사이트)를 용해로 라이닝 재료로 사용했습니다.

  • 마그네사이트 내화물은 산화마그네슘(MgO) 85%이하로 구성되어 있다.석회 및 철분이 풍부한 슬래그에 대한 슬래그 저항성이 높고, 내마모성과 내식성이 강하며, 부하 시 높은 굴절성을 가지고 있으며, 일반적으로 야금 [16]용해로에 사용됩니다.
  • 돌로마이트 내화물은 주로 탄산마그네슘칼슘으로 구성됩니다.일반적으로 돌로마이트 내화재는 컨버터 [17]및 정제로에 사용됩니다.
  • 마그네시아 크롬 내화물은 주로 산화마그네슘(MgO)과 산화크롬(CrO23)으로 구성된다.이러한 내화물은 내화성이 높고 부식 환경에 대한 내성이 높습니다.

중성 내화물

이들은 슬래그와 대기가 산성 또는 염기성이고 산과 염기 모두에 화학적으로 안정적인 영역에 사용됩니다.주요 원자재는 RO 그룹에23 속하지만 이에 국한되지 않습니다.이러한 재료의 일반적인 예로는 알루미나(AlO23), 크로미아(CrO23), [2]카본 등이 있습니다.

  • 카본 그래파이트 내화물은 주로 카본으로 구성됩니다.이러한 내화물은 종종 고도로 환원되는 환경에서 사용되며, 높은 내화성 특성을 통해 우수한 열 안정성과 슬래그에 대한 내성을 제공합니다.
  • 크롬산염 내화물은 소결 마그네슘과 크롬으로 구성되어 있다.고온에서 일정한 부피, 높은 내굴절성, [18]슬래그에 대한 높은 저항성을 가지고 있습니다.
  • 알루미나 내화물은 50% 이상의 알루미나(AlO23)로 구성되어 있다.

제조방법에 의거하여

  1. 드라이 프레스 공정
  2. 퓨즈드 캐스트
  3. 핸드 몰드
  4. 성형(정상, 연소 또는 화학 결합)
  5. 미성형(일체 플라스틱, 압착 및 총질량, 캐스터블, 박격포, 건식 진동 시멘트)
  6. 미성형 건식 내화물.

성형

이것들은 표준 사이즈와 모양을 가지고 있습니다.이것들은 표준 형상과 특수 형상으로 더 나눌 수 있다.표준 형상은 대부분의 내화물 제조업체가 준수하는 치수를 가지며 일반적으로 동일한 유형의 가마 또는 용해로에 적용됩니다.표준 형상은 보통 9인치 × 4.5인치 × 2.5인치 (229mm × 114mm × 64mm)의 표준 치수를 가진 벽돌이며, 이 치수를 "1개의 벽돌 등가물"이라고 합니다."벽돌 등가물"은 산업용 용해로에 설치하는 데 필요한 내화벽돌의 수를 추정하는 데 사용됩니다.벽, 지붕, 아치, 튜브 및 원형 개구부 등을 생산하기 위해 제조된 다양한 크기의 표준 형상이 있습니다.특수한 모양은 용해로 내의 특정 위치와 특정 가마 또는 용해로를 위해 특별히 제작됩니다.특수 형상은 보통 표준 형상에 비해 밀도가 낮기 때문에 마모도가 낮습니다.

비정형(일체형 내화물)

이것은 일정한 형식이 없으며 적용 시에만 모양이 지정됩니다.이러한 유형은 단일 내화재로 더 잘 알려져 있습니다.일반적인 예로는 플라스틱 질량, 라밍 질량, 캐스터블, 건닝 질량, 다듬질 혼합물, 박격포 등이 있습니다.

유도로 라이닝에 자주 사용되는 건식 진동 라이닝도 모노리식이며, 건식 분말로 판매 및 운송됩니다. 일반적으로 특정 특성을 변경하기 위한 다른 화학 물질이 첨가된 마그네시아/알루미나 조성물이 사용됩니다.또한 고로 라이닝에 더 많이 사용되고 있지만, 이러한 사용은 여전히 드문 일입니다.

융접온도 기준

내화재는 융접온도(융착점)에 따라 3종류로 분류된다.

  • 일반 내화재는 융접 온도가 1580–1780°C입니다(예: 내화 점토).
  • 고내화물은 융접 온도가 1780–2000°C(예: 크롬라이트)입니다.
  • 슈퍼 내화재는 융접 온도가 2000°C 이상입니다(예: 지르코니아).

내화성 기준

내화성은 고온에서 부하 없이 특정 연화도에 도달하는 내화물의 다상 특성으로, 열원추당량(PCE) 시험을 통해 측정된다.내화물은 다음과 같이 [2]분류됩니다.

  • 슈퍼듀티: PCE 값 33 ~38
  • 고듀티: PCE 값 30~33
  • 중급 듀티: PCE 값 28~30
  • Low Duty : PCE 값 19 ~28

열전도율 기준

내화물은 열전도율에 따라 전도성, 비전도성 또는 절연성으로 분류할 수 있다.전도성 내화물의 예로는 탄화규소(SiC)와 탄화지르코늄(ZrC)이 있으며, 비전도성 내화물의 예로는 실리카와 알루미나가 있습니다.절연성 내화물은 규산칼슘 재료, 카올린 및 지르코니아를 포함한다.

절연 내화재는 용해로 벽을 통한 열 손실 속도를 줄이기 위해 사용됩니다.이러한 내화물은 높은 다공성으로 인해 열 전도율이 낮으며, 열 전도율을 최소화하기 위해 내화 벽돌 전체에 걸쳐 작고 균일한 기공으로 이루어진 바람직한 다공질 구조가 분포되어 있습니다.절연 내화물은 다음 4가지 [2]유형으로 분류할 수 있습니다.

  1. 도포온도가 1100°C 이하인 내열성 단열재
  2. 도포온도가 1400°C 이하인 내화절연재
  3. 도포온도가 1700°C 이하인 고내화 절연재
  4. 도포온도가 2000°C 이하인 초고내화 단열재

내화 앵커리지

모든 내화물은 내화 라이닝을 지지하기 위해 와이어 성형 앵커, 성형 금속(예: 헥스메탈) 또는 세라믹 타일과 같은 앵커리지 시스템이 필요합니다.지붕 및 수직 벽의 내화재에 사용되는 고정 장치는 높은 온도 및 작동 조건에서도 내화재의 중량을 지탱할 수 있어야 하기 때문에 더욱 중요합니다.

일반적으로 사용되는 고정 장치는 원형 또는 직사각형 단면을 가집니다.원형 단면은 저두께 내화물에 사용되며 단위 면적당 중량이 적습니다. 반면 직사각형 단면은 고두께 내화물에 사용되며 단위 면적당 중량이 높을 수 있습니다.앵커 수는 작동 조건과 내화재에 따라 달라집니다.앵커 재료, 형태, 수량 및 크기의 선택은 내화물의 내용 수명에 상당한 영향을 미칩니다.

탠디시 보드는 금속 앵커가 필요 없으며, 특수 내화 페이스트와 파우더로 함께 부착됩니다.좋은 방법은 페이스트와 파우더를 함께 사용하여 시스템이 누출 방지 상태인지 확인하고 주조물이 오래 지속되는 동안 스스로를 고정하는 것입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Ailsa Allaby and Michael Allaby (1996). Concise Dictionary of Earth Sciences. Oxford Paperbacks Oxford University Press.
  2. ^ a b c d e f "Refractories and Classification of Refractories – IspatGuru". Retrieved 6 March 2020.
  3. ^ ASTM Volume 15.01 내화물, 활성탄, 고급 세라믹스
  4. ^ 화염 디플렉터 보호 시스템 부식 제어용 내화재:유사 산업 및/또는 발사 시설 조사 - 2009년 1월 - NASA
  5. ^ "How cool are refractory materials?" (PDF). The Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 106 (September): 1–16. 2008. Retrieved 22 April 2016.
  6. ^ Groover, Mikell P. (7 January 2010). Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems. John Wiley & Sons. ISBN 9780470467008.
  7. ^ Sonntag, Kiss, Banhidi, Weber (2009). "New Kiln Furniture Solutions for Technical Ceramics". Ceramic Forum International. 86 (4): 29–34.{{cite journal}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  8. ^ Roza, Greg (2009). Zirconium. The Rosen Publishing Group. ISBN 9781435850705.
  9. ^ Hugh O. Pierson (1992). Handbook of chemical vapor deposition (CVD): principles, technology, and applications. William Andrew. pp. 206–. ISBN 978-0-8155-1300-1. Retrieved 22 April 2011.
  10. ^ 로스앨러모스 국립연구소 하프늄
  11. ^ McGraw-Hill encyclopedia of science and technology: an international reference work in fifteen volumes including an index. McGraw-Hill. 1977. p. 360. ISBN 978-0-07-079590-7. Retrieved 22 April 2011.
  12. ^ "Hafnium". Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc. Retrieved 17 December 2010.
  13. ^ a b Alaa, Hussein. "Introduction to Refractories" (PDF). University of Technology - Iraq.
  14. ^ "Accuratus". Aluminum Oxide, Al2O3 Ceramic Properties. 2013. Retrieved 22 November 2014.
  15. ^ Poluboiarinov, D. N. (1960). Vysokoglinozemistye keramicheskie i ogneupornye materialy. Moscow.
  16. ^ "Magnesite Refractories". www.termorefractories.com. Retrieved 6 March 2020.
  17. ^ "Dolomite brick and magnesia dolomite brick". www.ruizhirefractory.com. Retrieved 6 March 2020.
  18. ^ "Chromite Refractories". termorefractories.com. Retrieved 6 March 2020.
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