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耐火材料行業知識

隔熱耐火材料

隔熱耐火材料是指氣孔率高、體積密度低、熱導率低的耐火材料,又稱輕質耐火材料。包括隔熱耐火制品、耐火纖維和耐火纖維制品。按使用溫度分為:低溫隔熱耐火材料,使用溫度低于900℃,如硅藻土隔熱磚,膨脹硅石制品,硅鈣板,膨脹珍珠巖制品等;中溫隔熱耐火材料,使用溫度900~1200℃,如粘土質隔熱耐火磚,硅酸鋁質耐火纖維等;高溫隔熱耐火材料,使用溫度大于1200℃,如高鋁質隔熱耐火磚,氧化鋁隔熱耐火磚,硅質隔熱耐火磚,氧化鋁空心球磚,氧化鋯空心球磚,高鋁耐火纖維,多晶質耐火纖維(多晶氧化鋁纖維,多晶氧化鋯纖維,多晶莫來石質纖維)等。
生產隔熱耐火制品主要采用能形成多孔結構的工藝方法,如輕質原料法、燒盡加入物法、泡沫法、化學法等。非晶質耐火纖維,如硅酸鋁質耐火纖維,高鋁耐火纖維等,通常用熔融法生產。多晶質耐火纖維,如莫來石纖維、氧化鋁纖維等,用膠體法生產。
隔熱耐火材料的主要特性是氣孔率髙,一般在45%以上;體積密度低,一般不超過1.5g/cm3;熱導率低,多數小于1.0W/(m·K)。主要用作工業爐窯的隔熱保溫,它既能減少爐窯的散熱損失,又能降低爐窯的蓄熱量,獲得最佳的節能效果,并可減輕熱工設備的重量。隔熱耐火材料與一般耐火磚相比,其抗渣侵蝕性、機械強度和耐磨性都較差。因此,不宜用于爐窯的承重結構和直接接觸熔渣,爐料、熔融金屬等部位。
  隔熱耐火制品的分類方法
隔熱耐火制品是指氣孔率不低于45%的耐火制品。隔熱耐火制品的主要特性是氣孔率高,體積密度小。熱導率低,熱容小,隔熱性能好。既保溫又耐熱,可作各種熱工設備的隔熱層,有的也可作為工作層,是構筑各種窯爐的節能材料。以隔熱耐火制品替代一般致密耐火制品做筑爐材料,能夠減少蓄熱和散熱損失40%〜50%,特別是對不連續性的熱工設備更有效。
隔熱耐火制品的種類很多,一般按使用溫度、體積密度和制品形狀分為三類。
(1)按體枳密度分類。體積密度在0.4~1.3g/cm3的為輕質磚;低于0.4g/cm3的為超輕質磚。
(2)按使用溫度分類。使用溫度600~900℃為低溫隔熱材料;900〜120℃為中溫隔熱材料;超過1200℃的為髙溫隔熱材料。
(3)按制品形狀分類:一種是定形的輕質耐火磚,包括黏土質、高鋁質、硅質以及某些純氧化物輕質磚等;另一種是不定形輕質耐火材料,如輕質耐火混凝土等。
隔熱耐火制品的生產方法與一般致密材料有所不同,方法很多,主要有燒燼加入物法、泡沫法、化學法和多孔材枓法等。
1)燒燼加入物法。也叫可燃物加入法。在制磚的泥料中加入容易燒燼的可燃物,如炭末、鋸木屑等,使制品在燒成后具有一定的氣孔。
2)泡沬法。在制磚的泥料中加人泡沫劑,如松香皂等,并以機械方法使之起泡,經燒成后獲得多孔的制品。
3)化學法。利用能適當產生氣體的化學反應,在制磚工藝過程中獲得一種多孔的制品,通常用白云石或方鎂石加石膏,以硫酸作發泡劑。
4)多孔材料法。用天然的硅藻土或人造的黏土泡沫熟料、氧化鋁或氧化鋯空心球等多孔原料制取輕質耐火磚。
采用熱導率低、熱容量小的隔熱耐火制品做爐體結構材料,可節省燃料消耗;能提高設備生產效率;還能減輕爐體重量,簡化窯爐構造,提高產品質量,降低環境溫度,改善勞動條件。隔熱耐火制品多被用做窯爐的隔熱層、內襯或保溫層
1.氧化鋁質隔熱耐火磚
氧化鋁質隔熱耐火磚用電熔剛玉、燒結氧化鋁和工業氧化鋁為主要原料,制成的隔熱耐火制品,具有耐酸堿氣氛和抗還原能力強,抗熱震性好的特點?稍1700℃以下長期使用。其生產工藝采用泡沫法和燒燼加入物法兩種。泡沫法生產的產品,具有結構均勻、熱導率低,保溫性能好等特點。
氧化鋁質隔熱耐火磚體輕,耐壓強度大,導熱性低,重燒體積收縮率小,抗熱震性好,可用于高溫熱工設備的隔熱層或與火焰直接作用的爐窯及精密熱工設備的工作內襯,但不宜用于直接接觸爐液及熔渣的侵蝕處。在還原氣氛下使用也有較高的穩定性。使用溫度視制品純度高低,一般可達1650~1800℃。
2.高鋁質隔熱耐火磚
高鋁質隔熱耐火磚是以鋁礬土為主要原料制成的含量不小于48%的隔熱耐火制品。高鋁質隔熱耐火磚,主要采用鋁礬土原料,結合黏土作原料,摻入結合劑和鋸木屑,為了提高產品性能,添加工業氧化鋁、剛玉、硅線石、藍晶石、硅石的細粉,可制得不同體積密度,最高使用溫度不同的制品,通常使用溫度1250~1350℃,有的可達1550℃。
高鋁質隔熱磚多用泡沫法生產,制品的體積密度在0.4~1.0g/cm3之間,也可采用燒燼加入物法制造。
高鋁質隔熱耐火磚可用于砌筑隔熱層和無強烈髙溫熔融物料侵蝕及沖刷作用的部位。直接與火焰接觸時,一般的高鋁隔熱耐火磚的表面接觸溫度不得高于1350℃。莫來石質隔熱耐火磚可直接接觸火焰,具有耐高溫,強度高,節能效果顯著等特點。適用于熱解爐、熱風爐、陶瓷輥道窯、電瓷抽屜窯及各種電阻爐的內襯。Al2O3含量為82.4%的剛玉-莫來石隔熱耐火磚,可以在1550℃下作爐襯使用。
3.粘土質隔熱耐火磚
黏土質隔熱耐火磚以耐火黏土為主要原料制成的Al2O3含量30%-48%的隔熱耐火制品,采用耐火黏土、漂珠、耐火黏土熟料作原料,摻加結合劑和鋸木屑經配合、混合、成型、干燥、燒成,可制得體積密度0.3~1.5g/cm3的產品,生產量占隔熱耐火磚一半以上。
黏土質隔熱耐火磚常用的生產工藝是加漂珠的燒燼加入物法,也可用泡沫法工藝。
黏土質隔熱耐火磚應用范圍廣泛,多用在熱工設備和工業窯爐的隔熱層,可用于無強烈高溫熔融物料侵蝕及沖刷作用的部位,有的與火焰直接接觸的表面涂上一層耐火涂層,減輕被爐渣和爐氣煙塵沖刷,減少損毀,制品的工作溫度不超過重燒線變化的試驗溫度。黏土質隔熱磚屬于多氣孔類的一種輕質保溫材料。這種材料氣孔率在30%〜50%,其保溫性差,但機械強度和抗蝕性能較好。
4.硅質隔熱耐火磚
硅質隔熱耐火磚是以硅石為主要原料制成的,SiO2含量小于91%的隔熱耐火制品。硅質耐火磚除具有隔熱保溫性能外,在很大程度上保持硅磚的特性,荷重軟化開始溫度高,在加熱過程中,體積略有膨脹,使窯爐的整體性增強。
中國冶金工業標準YB386-1994規定的工業爐用硅質隔熱耐火磚GGR-1.20牌號產品性能,體積密度不大于1.2g/cm3常溫耐壓強度不小于5MPa,0.1MPa下荷重軟化開始溫度不小于1520℃,SiO2含量不小于91%。
該產品適用于砌筑工作溫度不超過1550℃,不與高溫熔融物料直接接觸和不直接受到侵蝕性氣體怍用的工業窯爐爐襯或用于隔熱層。
硅質隔熱耐火磚由于硅石粉塵對人體危害大,工藝過程比黏土質和高鋁質隔熱耐火磚復雜,在隔熱耐火材料總產量中所占比重很小。
5.硅藻土隔熱耐火磚
硅藻土隔熱磚是以硅藻土為主要原料制成的隔熱耐火制品。硅藻土隔熱磚具有細微的封閉氣孔,氣孔率高,保溫性能好,但機械強度低,尤其是受潮后,強度明顯下降,其主要化學成分是SiO2,其次是Al2O3,還有鐵、鉀、鈉、鈣、鎂的氧化物等雜質。
硅藻土隔熱磚制品耐熱性能差,耐火度僅1280℃左右,所以使用溫度不高。只能用在900℃以下的隔熱層。
6.膨脹珍珠巖制品
膨脹珍珠巖制品是以珍珠巖為主要成分,制成的隔熱耐火制品。以膨脹珍珠巖為骨料,配以適量的膠結劑,如水泥、水玻璃、磷酸鹽等,經攪拌、混合、成型、干燥、焙燒或養護而成的隔熱制品。膨脹珍珠巖密度較小,一般僅為40〜120g/cm3;耐火度也不高,一般為1280〜1360℃.不同結合劑的制品的最高使用溫度不同,通常在1000℃以下。
膨脹珍珠巖制品,在國家標準中.按其制品的體積密度分為200、250、300和350kg/m34類,其物理性能見表3-109。按所用膠結劑的種類分為:水泥結合膨脹珍珠巖制品、水玻璃結合膨脹珍珠巖制品、磷酸鹽結合膨脹珍珠巖制品和瀝青結合膨脹珍珠巖制品等。
7.膨脹蛭石制品
膨脹蛭石制品是以膨脹蛭石為主要原料的隔熱耐火制品。膨脹蛭石制品的生產,是以一定粒級的膨脹蛭石為骨料,加入摻合料及結合劑,按一定比例加水混合,經成型、干燥、焙燒或養護而成隔熱制品。不同體積密度、摻合料和結合劑的制品,其最髙使用溫度不同,通常使用在1000℃以下的隔熱層。膨脹蛭石制品的種類很多,通常是按所用結合劑的種類和所用骨料的種類來劃分。按結合劑可分為有機結合劑制品、無機結合劑制品和有機、無機復合結合劑制品。按所用骨料種類可分為單一骨料制品、多種骨料和摻合料制品。
膨脹蛭石充填應用時熱導率較低,強度太低,而且不能防水,因此其應用受到很大限制。當使用高強膠結材料將膨脹蛭石粘結成成品時,就具有比膨脹蛭石強度更大的強度,而能承受更大的載荷;當使用防水膠結材料將膨脹蛭石粘結在-起時,所得的制品就具有防水性能而可用于有水的場合,粘結劑的熱導率通常比膨脹蛭石的熱導率髙,故粘結劑的加入雖使膨脹蠔石有了新的用途,但也降低了膨脹蛭石的隔熱效果。
8.硅鈣板
硅鈣板是以硅藻土和石灰為主要原料,加入增強纖維制成的隔熱耐火制品又稱為硅酸鈣板、微孔硅酸鈣板。硅鈣板按其成分分為兩類:一類為普通硅鈣板,化學成分中CaO/SiO2為0.8左右,礦物成分為托貝莫來石(tobermorite,5CaO·6SiO2·5H2O);一類為硬硅酸鈣,化學成分中CaO/SiO2為1.0左右,礦物成分為硬硅酸鈣。
硅酸鈣具有容量小、強度離、熱導率低、施工方便、損耗率低等優良性能。硅鈣板的密度,國際上多數規定為不大于220kg/m3,也有的進一步分為不大于220kg/m3、不大于170kg/m3、不大于130kg/m33種;中國則分類為不大于不大于240kg/cm3、不大于220kg/cm3、不大于170kg/cm33種。其耐壓強度在0.4MPa以上,抗折強度在0.2MPa以上;熱導率(70℃±5℃)為0.049〜0.064W/(m·K)最高使用溫度,托貝莫來石為650℃,硅酸鈣型為1000℃。
硅鈣板可鋸可釘,可制成板、塊或套管等形狀,用作電力、化工、冶金,船舶等熱力管道和工業窯爐的保溫材料;建筑物、儀器設備的防火隔熱,也可以用于高溫干燥窯、隧道窯窯車臺面的隔熱層;硅鈣板的兩面可粘貼塑料飾面板、膠合板、石棉水泥板等做成各種復合板,兼備裝飾、防火等作用,還可以作為隔熱材料。國際上隔熱工程材料大多數采用硅鈣板,有些國家在工業上保溫使用硅鈣板的已占70%~80%。
9.漂珠磚
漂珠磚以漂珠為主要原料制成的隔熱耐火制品。我國于20世紀70年代初開始用漂珠生產黏土質隔熱耐火磚。由于工藝簡單、資源豐富,產品質量好。80年代以來,多采用多孔熟料法或加漂珠的燒盡加入物生產漂珠磚。
漂珠是熱電廠粉煤灰中浮選出來的硅酸鋁質玻璃空心球體,它具有體輕、壁薄、中空、表面光滑、熱導率低,保溫性能好,耐火度高,耐壓強度大等性能。利用漂珠的這些特性,可制造保溫性能優異的隔熱耐火材料。生產漂珠磚可采用半干法成型,這種成型方法工藝簡單,不需要成品整形工序。
10.空心球磚
A   氧化鋁空心球磚
氧化鋁空心球磚是以氧化鋁空心球為主要原料的隔熱耐火制品。氧化鋁空心球磚的典型技術指標為:Al2O3含量不小于98%,SiO2含量不大于0.5%,Fe2O3含量不大于0.2%,體積密度1.3~1.4g/cm3,顯氣孔率60%〜80%,耐壓強度不小于9.8MPa,荷重(0.2MPa)軟化溫度不小于1700℃,熱導率0.7~0.8W/(m·K)。
氧化鋁空心球磚與普通隔熱耐火制品相比較,其特點是制品內含有大量的閉口氣孔,因此,它具有高強度及穩定氣孔結構、低密度及低熱傳導率,主要用作1800℃以下高溫工業窯爐內襯,例如耐火材料、電子、陶瓷工業的高溫窯爐內襯磚;髙溫熱工設備的保溫隔熱層,例如石油化工工業氣化爐、造氣爐、煤炭工業反應爐、冶金工業感應電爐的隔熱磚。
B   氧化鋯空心球磚
氧化鋯空心球磚是以氧化鋯空心球為主要原料制成的隔熱耐火制品,這種磚的主晶相為立方氧化鋯(約占礦物組成的70%~80%),其典型性能為:耐火度大于2400℃,顯氣孔率55%~60%,體積密度2.5〜3.0g/cm3,耐壓強度不小于4.9MPa,熱導率0.23~0.35W/(m·K)。
氧化鋯空心球是性能優良的隔熱耐火制品,最高安全使用溫度為2200℃,氧化鋯空心球磚具有較髙的高溫強度及穩定的氣孔結構,從而能在2200℃髙溫下安全使用。氧化鋯空心球磚密度低和熱傳導率低,既能減少熱量損失,又能降低蓄熱量。因此在冶金、石油、化工、電子等熱工設備中作為直接接觸火焰的高溫內襯材料能降低能耗和減輕高溫爐自重,使用效果良好。


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