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          輕質耐火材料生產工藝及應用

          添加時間:2015-04-22 13:30:20 瀏覽次數:

                輕質耐火材料也稱為隔熱耐火材料和絕熱耐火材料,是指顯氣孔率高、體積密度小、熱導率低,具有絕熱性能的耐火材料。它包括隔熱耐火制品、耐火纖維和耐火纖維制品。輕質耐火材料是晶相、非晶相等固相和氣相的多相結合體。其中的固相大多數是非金屬氧化物,相對來說這些非金屬氧化物本身的導熱系數很高,但有著較高的耐火度,不起隔熱作用。由于氣體存在于固相內的氣孔中,氣體的導熱系數很低,空氣在0℃時導熱系數為0.023W/m·℃,常溫下導熱系數小于0.03W/m·℃,500℃是為0.06W/m·℃。因此由固相與氣相構成的先氣孔率很高的輕質耐火材料具有很好的隔熱效果,而充滿氣體的散狀材料或纖維狀材料具有良好的隔熱作用。
          一、輕質耐火材料的主要特點
                作為耐火材料的一種,輕質耐火材料也有著一定的高溫力學性能和良好的體積穩定性,是各種高溫熱工設備必需的材料。與致密耐火材料相比,充滿氣體的輕質耐火材料其顯氣孔率高、體積密度小、具有良好的絕熱性能,對熱量起到屏蔽的作用。因此,輕質耐火材料的主要特點是:
          1、顯氣孔率高
                衡量輕質耐火材料質量的一個主要性能指標是顯氣孔率。氣孔是由耐火材料原料中的氣孔和成型后顆粒間的氣孔構成的??煞譃槿N類型:封閉在制品中不與外界相通的閉口氣孔;一端封閉,另一端與外界相通的開口氣孔;貫通制品內部,兩端都與外界相通的貫通氣孔。顯氣孔率是指耐火材料中的氣體體積與材料總體積之比。致密耐火材料的顯氣孔率一般都小于20%,輕質耐火材料的顯氣孔率很高,一般為65~78%。
          2、體積密度小
                體積密度是指干燥制品質量與總體積之比。輕質耐火材料的體積密度很小,不超過1.3g/cm³,目前工業上常用的輕質耐火材料體積密度為0.5~1.0g/cm³。耐火材料的體積密度可以體現制品中顯氣孔率的多少,它是判斷制品燒結程度的手段,標志著耐火材料的密實程度。在輕質耐火材料生產中,為了提高顯氣孔率、降低導熱系數,要想辦法降低制品的體積密度。
          3、導熱系數低
                導熱系數的物理意義是:單位溫度梯度下,單位時間內通過單位垂直面積的熱量。它是輕質耐火材料質量的重要性能指標,也是熱工設計中的重要指標。它間接體現了制品的顯氣孔率和體積密度。對于耐火材料制品,導熱系數越低,顯氣孔率越大。輕質耐火材料的導熱系數很小,大多小于1.26W/m·℃。
          4、耐壓強度低
                輕質耐火材料由于顯氣孔率大,體積密度低,晶體間沒有形成致密的連接。因此相對于致密耐火材料,其耐壓強低,耐磨性能差。
                輕質耐火材料由于導熱系數低,可以降低工業窯爐磚砌體的熱損耗,節省燃料消耗,提高生產效率。但由于制品的顯氣孔率大,組織結構疏松,抵抗化學侵蝕能力差,輕質耐火材料只能用于熱工設備的隔熱層、內襯和保溫層等部位。而一般不宜用在與爐料直接接觸的爐膛和承重較大的部位。
                綜上所述,輕質耐火材料的特點標志著它是熱工設備和阻擋熱量損耗的必須材料。隨著工業的發展和科技的進步,大型、連續、高效率的先進設備的投產,使輕質耐火材料的發展向著使用溫度高、低導熱率、耐侵蝕性能好、高強度的目標發展。隨著全球范圍內的能源日趨緊缺,輕質耐火材料在節能方面顯得更加突出。
          二、輕質耐火材料的造孔工藝
                氣孔的形成是輕質耐火材料在生產工藝中至關重要的一個環節。氣孔的大小、形狀、生成量的多少以及分布情況等直接影響制品的質量。形成氣孔的方法很多,在我國耐火材料工業生產中主要采用化學法,泡沫法和可燃物加入法。
          1、化學法
                化學法是指在坯料中添加一些可以通過化學反應產生氣泡的物質。這種方法由于反應迅速,氣泡生成不宜控制,要根據工藝要求加入適量抑制劑。
          2、泡沫法
                泡沫法是在泥漿中加入起泡劑,與化學法類似,泡沫法產生的氣泡穩定性不好,要加入固定劑控制。
                所謂泡生法生產輕質磚,是以表面張力小的物質加入泥漿中使之起泡沫,澆入模型,再同模型一起干燥,然后再一定溫度下燒成,然后加工整形即為制品,大多數粘土、高鋁輕質品都可用這種方法生產。
          3、可燃物加入法
                可燃物加入法是指在泥料中加入可以燃盡的物質。這些加入物在耐火材料經高溫合成時被燃燒掉,產生氣孔。但此方法有著制品坯料強度低,成品易變形等缺點,需要控制合成工藝來克服。
                在用摻入可燃加入物方法時,可燃加入物應具有較高的揮發性及可燃性;應能生成細小的均勻氣孔;還應具有較小的彈性,以便于成型。
          三、輕質耐火材料的應用
                 輕質耐火材料作為窯爐、鍋爐、熱工容器等設備的重要組成部分,在工業上應用十分廣泛。由于輕質耐火材料顯氣孔率高的特點,使其在高效節能,降低熱損耗方面占據著不可取代的位置,但其制品顯氣孔率高亢化學侵蝕性能差,人不能直接與燃料接觸。到目前為止,輕質耐火材料還是多用于高溫設備的保溫層。

           

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