隔热耐火制品

隔热耐火制品(thermal insulating refractory products)气孔率不低于45％的耐火制品。

隔热耐火制品的主要特性是，气孔率高，体积密度小，热导率低，热容小，隔热性能好。

既保温又耐热，可作为各种热工设备的隔热层，有的也可作为工作层，是构筑各种窑炉的节能材料。

以隔热耐火制品替代一般致密耐火制品做筑炉材料，能够减少蓄热和散热损失40％～90％，特别是对不连续性的热工设备更有效。

简史1899年已有用硅藻土作原料加工制造隔热砖的专利。

至1920年以后，由于冶金、玻璃、炼焦、陶瓷等大量消耗燃料的工业的发展，才渐渐出现能在更高温度下使用的隔热耐火材料。

1922年，英国耐火材料研究协会对隔热耐火材料的性能进行过较系统研究，至1935年，发展了与炉气直接接触的隔热耐火材料的制造技术和使用。

在美国，1928～1930年由于隔热耐火砖的优越性引起了工程技术方面的注意，生产得到迅速发展，不少科技人员做过一些有关性质研究试验工作。

第二次世界大战期间，进展更快，使用更广。

第二次世界大战前，德国已有用于煤气发生炉的硅质隔热耐火砖并制出高气孔率的特种镁砖，可以在炼钢温度下使用；日本也曾试制过二三个品种隔热砖，直至1948年学术振兴会第103委员会才着手研究，1951年完成，同年秋季生产。

1930年～1935年期间，苏联隔热耐火材料在工业上开始应用，大量的工作是由乌克兰耐火材料研究所和列宁格勒耐火材料研究所研究出来的。

中国于20世纪50年代已有硅藻土隔热砖等保温材料。

中国科学院金属研究所曾于1956年对隔热耐火材料进行过研究。

1961年抚顺耐火材料厂研制和生产高铝质隔热耐火砖，60年代初，北京耐火材料厂以泡沫法生产Al2O3含量90％～92％的氧化铝隔热耐火砖。

这时中国已有粘土质和硅质隔热耐火砖。

70年代初，唐山市保温材料厂以粉煤灰漂珠为原料生产粘土质隔热耐火砖，由于此法工艺简单，易于掌握、资源丰富、产品需求量大，而产量剧增，1992年，中国隔热耐火材料的产量已达到耐火材料总产量的1．5％左右。

同时品种也在不断扩大，先后研究和生产特种高铝质隔热耐火砖、氧化铝空心球砖、氧化锆空心球砖、抗热震性隔热耐火砖，硅线石质隔热耐火砖以及镁橄榄石质的隔热耐火砖等。

世界上许多国家一直注意隔热耐火材料的应用和发展。

其产量在不断增加、英国隔热耐火制品的产量占耐火砖总产量的4％，日本占3．5％～4％，前苏联约占1．5％。

70年代以来，经济发达国家的隔热耐火材料产品品种不断增多，生产技术水平迅速提高。

分类隔热耐火制品的种类很多，一般按使用温度、体积密度、材质和制品形状分为4类。

按使用温度分可分为3类：在600℃以上至900℃以下使用的，如硅藻土、石棉等；称为低温隔热制品；在900℃至1200℃下使用的，如粘土质隔热砖漂珠砖等，称为中温隔热制品；使用温度高于1200℃以上的称为高温隔热耐火制品，如高铝质隔热耐火砖、硅质隔热耐火砖、氧化铝隔热耐火砖等。

按体积密度分体积密度大于或等于0．4g／cm3的称为一般隔热耐火砖；小于0．4g／cm3的称为超轻质隔热耐火砖。

按制品材质分可分为硅藻土质、粘土质、硅质、高铝质、镁质、锆质、白云石质等。

按制品形状分一种是定型的隔热耐火砖，包括粘土质、高铝质，硅质以及某些氧化物隔热耐火砖等；另一种是不定型隔热耐火材料，如隔热耐火浇注料等。

国际标准化组织制订的国际标准ISO2245中以密度和重烧线变化不大于2％的试验温度分为1100℃，1250℃，1400℃，1500℃，1600℃，1700℃等品种。

制造方法隔热耐火制品的制法与一般致密耐火材料有所不同，方法甚多，主要有烧尽加入物法、泡沫法、化学法和多孔材料法等。

烧尽加入物法这是最古老的、但现在仍然最广泛采用的方法。

常用的可燃添加物有锯木屑、软木粉、木炭、无烟煤粉、焦炭粉、稻壳、聚苯乙烯、萘等。

但有膨胀的可燃添加物会引起坯体开裂，小于0．147mm的可燃添加物会引起制品过大的收缩。

锯木屑是最常用的可燃添加物，或与其他可燃物混合使用，或单独加入。

锯木屑以横锯硬木屑为最好，最高添加量约为30％～35％(质量比)，再多加不但对气孔率增高没有裨益，而且不易成型。

加锯木屑的制品强度不大，容易产生扭曲。

锯木屑以小于1．5～2mm为好，必须筛去长条纤维状的，而取粒状的锯木屑。

可燃或可升华添加物应放入泥料中，均匀混合，然后用挤坯法、半干法或泥浆浇注法成型，干燥后烧成。

可燃或可升华添加物在烧成过程中烧掉，留下空孔，成为隔热耐火制品。

在烧成时应该充分注意生坯中有大量可燃添加物的特点，控制升温速度和气氛，否则容易产生%26ldquo;黑心%26rdquo;。

止火温度和保温时间对制品强度、收缩变形、气孔封闭情况等有关。

为提高烧尽加入物法生产的产品质量，以粘土质隔热耐火砖制砖工艺为例，可采取的措施：(1)粘土的选择应考虑结合性能、可塑性和烧成收缩，并注意有足够的耐火度。

硅质或高铝粘土材料的这些性能各异，可以数种不同性质的粘土混用，取长补短。

(2)为提高粘土的结合性和坯料的塑性，可以采用各种方法处理，加以改善。

如细磨、风化、困泥、加入电解质或结合剂等。

(3)添加塑化剂，如膨润土等无机或有机物质。

(4)可燃添加物颗粒不宜太细，不同类型添加物由于其颗粒形状和性质不同，颗粒大小的选取应有不同，可以数种添加物混合使用。

泡沫法将泡沫剂(能降低水的表面张力的表面活性物质，加水搅拌可形成泡沫，如松香皂泡沫剂，毛发泡沫剂等)放入打泡机中加水搅拌而制得细小均匀的泡沫，再将泡沫加入泥浆中共同搅拌成泡沫泥浆，注入模型，连同模型一同干燥，脱模，在1320～1380℃(对高铝隔热耐火砖而言)下烧成，经过加工整形即成制品。

(见高铝质隔热耐火砖)化学法在制砖工艺中利用化学反应产生气体而获得一种多孔砖坯的方法。

通常利用的化学反应如碳酸盐和酸、金属粉末加酸、苛性碱和铝粉等。

可以利用的化学反应必须是气体的发生比较缓慢而能控制，否则在倾注入模时受机械扰动气泡即行消失。

如反应太快，可加抑制剂如过氧化氢与二氧化锰。

在细粉原料泥浆中混入发生气泡的反应物获得稳定的泡沫泥浆，注入模型，干燥后烧成。

此法制造纯氧化物隔热耐火制品，其气孔率可达到55％～75％。

多孔材料法利用膨胀珍珠岩、膨胀蛭石和硅藻土等天然轻质原料；通过人工制造的各种空心球(如氧化铝空心球，氧化锆空心球；热电厂粉煤灰中空心微珠等为原料，加一定的结合剂，通过混合、成型、干燥和烧成等工序而制成隔热耐火制品。

特性随着隔热耐火制品的开发与扩大应用，人们更加需要了解其性能，进而改善其功能。

热导率热导率的大小，直接关系到制品的隔热节能效果，热导率与温度成直线关系，即%26lambda;T = %26lambda;o + %26alpha;T式中%26lambda;T为某温度T下的热导率；%26lambda;o为0℃时的热导率；T为温度；%26alpha;=0．1～0．14(根据F．H．Norton的数据)。

热导率与体积密度成直线关系，热导率与制品的气孔率成反比，可用下式表示：%26lambda;V = %26lambda;K ( 1-p)，W/(m．K)式中%26lambda;V为制品的热导率，W／(m%26bull;K)，%26lambda;K 为连续相的热导率，W／(m%26bull;K)；p为制品的气孔率。

热导率还与砖中气孔的多少、形状、大小和连通情况有关。

气孔细小则热导率低，当温度升高时，粗气孔材料的热导率大于细气孔材料。

连通气孔比封闭气孔的热导率大。

体积密度隔热耐火制品的主要技术指标之一。

它与制品热容量的大小和热导率的高低有直接关系，体积密度大的制品，热容量和热导率都大，反之，则小。

因此，从隔热节能的角度要求制品的体积密度低些为好。

常温耐压强度对隔热耐火制品的耐压强度要求，如从实际使用情况出发，在砌筑炉墙时，制品的耐压强度要求不小于0．07MPa，砌筑炉顶时，不小于0．35MPa；在搬运输送过程中为保证不破裂不掉边掉角，耐压强度应不小于1．0～1．5MPa。

当制品用于窑炉的工作层时，由于直接接触火焰和受热气流的冲刷，要求制品有较高的强度，可选用密度大、常温耐压强度高的牌号产品。

由于某些特殊要求和制造工艺的进步，已研制生产了比一般隔热耐火制品高2～5倍的高强度隔热耐火制品。

重烧线变化制品在烧成(有的不经烧成)过程中物理一化学反应不可能完全，使用时在高温作用下会继续反应，使制品的体积发生不可逆的变化。

这将破坏砌筑体的结构而降低窑炉的使用寿命。

所以重烧线变化与最高使用温度密切关系。

隔热耐火砖最高使用温度的实验室测定，是加热整块砖2h，其线变化率等于1％时的温度。

为了对实际使用更有意义，提出二个方法，一是延长加热时间至24h 以至50h，另一是用嵌镶法，即将砖样一端插入炉内加热，一端暴露于空气中，观察收缩，其受热端高于安全使用温度100℃进行加热试验。

抗热震性在间歇式的热工设备中，耐火材料常在温度骤然变化的条件下使用，在连续式操作的设备中也常有温度波动，如加料时炉温变化等。

热震性(R)，与线膨胀率(%26alpha;)，热容(c p)、热导率(%26lambda;)、弹性模量(E)、机械强度(%26sigma;)、体积密度%26rho;的关系如下式：制品抗热震性还与制品形状和大小以及热流性质有关。

对隔热耐火制品的抗热震性有专门的测试方法。

此外，制品的外形及尺寸公差也很重要，应该对其加工整形。

应用隔热耐火砖与致密耐火砖相比，有如下优点：(1)蓄热小、热效率高，能加快间歇作业窑炉的周转，提高生产效率，降低燃料消耗，节约能源。

(2)热导率低，可减薄炉墙、炉顶厚度、减轻炉体质量、简化炉窑构造。

(3)炉温可以变得均匀，有利于提高产品质量。

(4)炉外四周温度低、便利操作，提高劳动效率，改善装窑出窑的劳动条件。

隔热耐火制品的缺点是组织疏松，不能直接接触熔渣和液态金属，不能用于炉膛与炉料接触部分，也不宜用于高速炉尘的通路上，不宜用于机械振动大的部位。

机械强度小、抗热震性低、透气率大，容易损毁。

由于烧成后需要加工整形，价格较贵。

使用隔热耐火制品应注意留适当砌缝，选用气硬性缓凝耐火泥浆。

制品工作温度不超过重烧线变化的试验温度，以免砖的重烧收缩大而引起砌缝裂开和砖的损坏。

隔热耐火砖的热容量小，用这种砖砌筑的窑炉，升温或冷却速度快，但由于其抗热震性差和强度不大，故这种快速升温和冷却也会使砖破裂。

展望今后隔热耐火材料向高产、优质、多品种、拓宽使用范围、革新生产工艺等方面发展。

(1)隔热耐火材料是隔热节能材料，为了节约能源，减少经济损失，使炉窑轻型化，尽可能用隔热耐火材料替代致密的耐火产品。

(2)优质隔热耐火制品应具有组织均匀，使用时收缩小，抗热震性高，强度大，隔热性能好，热容小，透气率低，体积密度小，气孑L率大而气孔小等特点，同时制品尺寸偏差要小及外形规整。