耐火保温材料现状及发展

耐火保温材料现状及发展

耐火保温材料是一类耐高温、热导率小、抗热震、阻燃，并且能够减缓由热传导、热对流等引起的热量散失的材料，它是通过材料的特殊结构来限制低热导率的空气热对流来实现减慢热盘流失的。耐火保温材料一般用于工业炉窑、冶金、管道和热工设备中，以减缓热蛰的散失。一般工业窑炉墙壁的耐火保温大多选用轻质耐火保温材料，如轻质黏土砖、轻质高铝砖、轻质耐火浇注料等，不仅施工方便，耐火保温效果好，而且还使炉窑墙壁具有一定的机械强度。

近年来，国内外对耐火保温材料进行了大量深入的研究，并成功开发了多种保温性能好且无污染的新型耐火保温材料，目前，已被研究出来的耐火保温材料种类繁多，行业内对该材料的分类一般按结构、材质和使用温度等，耐火保温村料按使用温度可以分为低温保温材料(600℃以下)、中温保温材料(600〜1000℃)和高温保温材料(1000℃以上)。以下主要从使用温度来分别阐述不同种类的耐火保温材料。

1破璃棉保温材料

玻璃棉是一种无机纤维隔热吸声材料，生产方法有火焰法、蒸汽立吹法和离心喷吹法。火焰喷吹法的能耗高，渣球含量高，目前已被离心抽丝法所替代。离心抽丝法是目前主要的生产工艺，其能耗低，无渣球，无污染，具体工艺过程是:将石英粉、白云石、纯碱、硼砂等原料混合均匀后，在熔窑内熔化成玻璃液，借助燃气和空气混合气体从高速旋转的离心器喷嘴中高速喷出，通过离心器漏孔甩出成一次纤维，然后在环状燃烧室中牵拉成极细的纤维，最后通过成形、沉降、聚集等工艺制成玻璃棉。玻璃棉的化学成分主要是SiO2和Al2O3，其中SiO2含量在60%(w)以上，除此以外还含有CaO、MgO、碱金属氧化物及B2O3等物质;其热导率在0.037~0.039W·(m·K)-1。玻璃棉具有一定的机械强度、易成型、绝缘性能好、抗腐蚀和疲劳损伤，被广泛地应用于航空、石化、加工等领域。玻璃棉除单独使用外，还可以和其他材料结合制成复合材料，如王俊杰等制备了以硅灰和玻璃纤维为主要材料的硅灰-玻璃纤维隔热材料。一般玻璃棉制品最高使用温度在500-600℃，域于低温保温材料。

2矿(岩)棉保温材料

矿(岩)棉属于矿物棉，物质的成分主要是SiO2和Al2O3，其余是CaO和少最的MgO、Fe2O3等。岩棉以玄武岩和辉绿岩等天然火成岩为主要原材料，再加以适量的辅助性材料、结合剂等，经高温熔融离心喷吹制成纤维;矿渣棉则以工业生产形成的尾渣为主要原材料，其中钢渣为常见的原材料。

岩棉主要是通过喷吹法、离心法、离心喷吹法制备。目前国内外的矿(岩)棉均采用常规生产工艺，即将原料高温熔融成液态，再经高压空气、蒸汽喷吹或高速离心法将其制成细纤维，得到矿(岩)棉的原棉，再将

原棉通过不同工艺制成所需的板、管、粒等系列产品。矿(岩)棉多孔纤维状的结构，使得它在室温时的热导率只有0.04W·(m·K)-1有着良好的隔热性能;同时，岩棉板也有一定的耐压强度。

矿(岩)棉及其系列产品隔热保温、吸声隔音、阻燃、耐高温、不腐、不蛀等优点使它由最初单一的工业保温隔热向核反应堆、船舶、吸声板等特殊领域进军。矿(岩)棉属于低温保温材料，通常使用温度在600℃以下，最高使用温度可达650℃，是目前国内外使用较为普遍的保温隔热材料。现在更多的是应用在有防火等级要求的建筑物中，例如北欧人均使用量达到20kg，相比之下，中国矿(岩)棉的人均消费量还很低。国内矿(岩)棉在建筑外墙保温的应用上相比于欧洲国家起步较晚，兰州的甘肃建筑科学研究院办公楼的外墙保温是国内在这方面最早的应用，效果良好;虽然这比国外晚了20年左右，但近几年，国内矿(岩)棉行业广泛引进国外先进生产技术，积极致力于矿(岩)棉的开发研制，已经取得了快速的发展。岩棉除单独作为保温材料使用外，还可以和酚醛树脂、黄麻纤维等材料按一定比例制作复合材料。

3硅酸钙隔热保温材料

硅酸钙隔热材料又称微孔硅酸钙隔热保温材料，制作原材料一般是石灰、石棉等SiO2质原料，其制作过程如图1所示。还可以采用工业生产中的残留废弃固相物体、陶瓷渣、大理石碎片做原料，通过特定工艺制得硅酸钙材料、硅酸钙隔热材料耐火且保温，同时密度小，在高温环境下仍有一定的机械强度，是一种性能优良的保温材料，在冶金、船舶等行业的热工设备上有着广泛的应用;尤其是硅酸钙隔热材料还具有不被有色金属熔体润湿的性能，能应用在熔融有色金属的保存和运输上，可以采用硅酸钙材料组装成熔化槽里衬、流槽或盖板等。

图1硅酸钙隔热保温材料的制作工艺流程

硅酸销材料的热导率在0.05W·(m·K)-1左右，按使用温度可分为低温型和高温型两种:低温型的隔热材料主要成分是雪钙石，亦称托贝莫来石(5CaO·6SiO2·5H2O)，最高使用温度在650℃左右;高温型使用温度可以达到1000℃左右，其主要成分是硬硅钙石(6CaO·SiO2·H2O)。低温型硅酸钙隔热材料主要是应用于石化工业，而高温型硅酸钙隔热保温材料主要应用于冶金、工业设备及管道、化工等。硅酸钙隔热保温材料从美国率先研究出来至今有近70年的时间，我国在这方面的研究始于20世纪70年代，主要是采用浇

注法研制托勃莫来石型保温材料，通过研究人员的不懈努力，硅酸钙保温材料在20世纪80年代中期得到快速发展。目前，行业人员已经研制出了超轻微孔硅酸钙保温隔热材料以及硅酸钙复合纳米孔超级隔热防火板材料。硅酸钙保温材料应用广泛，未来的研究方向主要是超轻、憎水、高强度、高隔热的硅酸钙隔热保温材料。

4复合硅酸盐保温材料

复合硅酸盐材料之所以具有保温特性，是因为它具有封闭的微孔网状结构，一般运用静电原理和湿法工艺，采用玄武石、白玉石等矿物原料制备。其主要化学成分为SiO2和MgO，还有少量的Fe2O3、CaO、Al2O3、MnO2等;其室温下热导率为0.031W·(m·K)-1，350℃时的热导率为0.117W·(m·K)-1。复合硅酸盐材料阻燃隔热，力学上有一定的抗拉、抗冲击性能，常用于冶金、电力、化工等行业;除了一般热力设备的保温，它对于异型设备和一些非标准设备也有着重要作用，是隔热材料的优选产品，其使用温度一般在600~700℃。

近年来，复合硅酸盐保温涂料也有着快速的发展和广泛的应用，如稀土复合保温材料等。FBT(稀土)系列复合保温材料是以矿物和多种化学试剂为原料，经特殊工艺制成的一种白色或灰白色黏稠状膏体这种保温涂料在常温或高温状态下均可施工，适用于各种管道、加热炉等热工设备和传统保温材料不易解决的异形阀门、室内异形管道和变径管等设备，施工简单，干燥后能与设备本身紧密结合，耐腐蚀，防水，无气孔和缝隙，使用寿命长，并且能起到良好的隔热效果，其最高使用温度可达1200℃。

海泡石类的保温材料是近期研究出来的复合硅酸盐隔热材料中的优秀成果，凭借保温隔热、高温下体积稳定、抗侵蚀等诸多优异的性能，在耐火保温材料行业中占有一席之地，有广泛的应用市场。其他复合硅酸盐系列产品也广泛应用于保温行业。

5闭孔珍珠岩保温材料

闭孔珍珠岩趄选用天然珍珠岩矿经过一系列复杂工艺制得，其工艺过程:珍珠岩原矿→粉碎筛选成珍珠岩矿砂→预热→多级加热→膨胀玻化→冷却处理→成品。其主要化学组成(w)如下：SiO2:69%~72%，Al2O3：12%~18%，K2O：4.0%~5.0%，Na2O：3.0%-4.5%，Fe2O3：0.5%-1.5%，CaO：0.1%~1%，MnO2：0.2%~0.6%，同时还含有极少量的MgO、TiO2和P2O5。

珍珠岩膨胀烧结后，呈玻化球形且内部为封闭的空心结构，即通过精确控制加热温度和时间，使矿砂在短时内迅速膨胀，内部形成蜂窝状结构，浅表熔融并形成封闭气孔，表面玻化成微圆球状颗粒。与外形不规则且表面多孔的膨胀珍珠岩相比，闭孔珍珠岩具有吸水率低、强度高等优点，热导率为