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輕質(zhì)耐火材料可以隔熱，屬于隔熱材料。它能減少窯體散熱、節(jié)約能源，還可減輕窯體重量、降低窯爐造價。輕質(zhì)耐火材料的主要指標(biāo)有：體積密度、氣孔率、熱導(dǎo)率、使用溫度和機(jī)械強(qiáng)度。
輕質(zhì)耐火材料的種類很多，按照使用溫度分為低溫型(小于900℃)_—如硅藻土磚等;中溫型(900?1200°C)—如硅酸鈣、輕質(zhì)黏土磚、硅酸鋁纖維等;高溫型(1200°C以上),一如輕質(zhì)高鋁磚、氧化鋁空心球等。按照形態(tài)分為纖維狀、多孔狀和顆粒狀。按照體積密度分為次輕質(zhì)(1.0?1.3g/cm3)，輕質(zhì)(0..4?1.0g/cm3)和超輕質(zhì)(0.4g/cm3以下)。按生產(chǎn)方法分為加入可燃物質(zhì)法、泡沫法和化學(xué)法。
輕質(zhì)耐火磚
輕質(zhì)隔熱耐火磚的種類與制造工藝輕質(zhì)隔熱耐火磚系內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)具有絕熱性能的塊狀隔熱耐火制品，其中以磚形制品的生產(chǎn)和應(yīng)用最為廣泛，故又稱為輕質(zhì)隔熱耐火磚。輕質(zhì)隔熱耐火磚按所用原料可分為黏土質(zhì)、硅質(zhì)、鋁質(zhì)和莫來石質(zhì)等。輕質(zhì)耐火磚的耐壓強(qiáng)度低、抗渣性能差、抗熱震性差，不能與玻璃液或火焰直接接觸。表1按制造輕質(zhì)耐火磚所用原料和成分列出了輕質(zhì)隔熱耐火磚的種類和特點(diǎn)。
表1輕質(zhì)隔熱耐火磚的種類與特點(diǎn)
輕質(zhì)磚之所以能隔熱是由于磚體內(nèi)含有大量的氣孔(包括閉口氣孔和開口氣孔)。造成氣孔的方法有：加入可燃物法;泡沫法;化學(xué)法。圖5-1示出了—般輕質(zhì)隔熱耐火磚的生產(chǎn)工藝。
輕質(zhì)黏土質(zhì)隔熱磚
輕質(zhì)黏土質(zhì)隔熱磚是以耐火黏土為主要原料制成的A1203含量為30%?48%的隔熱耐火制品。其生產(chǎn)工藝采用燒盡加入物法和泡沫法。以耐火黏土、漂珠、耐火黏土熟料作原料，摻加結(jié)合劑和鋸木屑，經(jīng)配料、混合、成型、干燥、燒成，制得體積密度為0.3~1.5g/cm3的產(chǎn)品。輕質(zhì)黏土質(zhì)隔熱磚的用途廣泛，主要用于各種工業(yè)窯爐中不接觸熔融物和無侵蝕氣體作用的隔熱層耐火材料，使用溫度為1200?1400°C。我國標(biāo)準(zhǔn)(GB3994—2005)列出了黏土質(zhì)隔熱耐火磚的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
輕質(zhì)硅質(zhì)隔熱磚
輕質(zhì)硅質(zhì)隔熱磚是以硅石為主要原料制成的Si02含量不小于91%的隔熱耐火制品。輕質(zhì)硅質(zhì)隔熱磚的體積密度為0.9?l.lg/cm3,熱導(dǎo)率只有普通硅磚的一半，抗熱震性好，其荷重軟化開始溫度可達(dá)1600°C，遠(yuǎn)高于黏土質(zhì)隔熱磚。因而硅質(zhì)隔熱磚最高使用溫度可達(dá)1550°C。在高溫下不收縮，甚至還有微弱的膨脹。
輕質(zhì)硅磚一般采用結(jié)晶石英巖為原料，配合料中加入易燃物質(zhì)，如焦炭、無煙煤、鋸末等，或以氣體發(fā)泡法形成多孔結(jié)構(gòu)。與普通硅磚的生產(chǎn)工業(yè)相似，配料中加入一些礦化劑(CaO、Fe203)以促進(jìn)石英的轉(zhuǎn)化，用紙漿廢液作結(jié)合劑使磚坯具有一定的強(qiáng)度。在用焦炭或無煙煤作可燃物時，由于灰分會帶進(jìn)Fe203和Al2O3,配料中則不需另外添加鐵磷。輕質(zhì)硅磚燒成時，在1200°C以前應(yīng)維持強(qiáng)氧化焰，使加入物完全燒盡。
輕質(zhì)硅磚的礦物組成為：磷石英78%?86%，方石英78%?86%，石英78%?86%。一般輕質(zhì)硅磚的耐壓強(qiáng)度2.0?9.5MPa，熱導(dǎo)率0.35?0.42W/(m.K)。輕質(zhì)硅磚具有優(yōu)良的耐火性能，荷重軟化溫度接近致密硅磚達(dá)到1620°C以上，僅有少量的殘余膨脹，并且其熱穩(wěn)定性能比致密硅磚好。因此，輕質(zhì)硅磚可在不與熔渣接觸的高溫條件下1500?1550°C長期使用。表5-2列出了我國工業(yè)窖爐用輕質(zhì)硅磚的技術(shù)條件(YB386—1994)。
輕質(zhì)氧化鋁隔熱磚
輕質(zhì)氧化鋁隔熱磚是用電熔剛玉、燒結(jié)氧化鋁和工業(yè)氧化鋁為主要原料制成的隔熱耐火制品。其生產(chǎn)工藝有泡沫法和燒盡加入物法兩種。氧化鋁隔熱磚的理化指標(biāo)見表5-3所列。
泡沫法生產(chǎn)氧化鋁隔熱磚，熟料磨碎后與結(jié)合劑和發(fā)泡劑混合配制泥漿，澆注成型于1350?1500°C燒成。制品耐火度高、耐熱震性能好，常用作窯爐的高溫隔熱層。使用溫度為1350?1500°C，高純制品的使用溫度可達(dá)到1650?1800°C。
輕質(zhì)莫來石質(zhì)隔熱磚
輕質(zhì)莫來石質(zhì)隔熱磚是以莫來石為主要原料制成的隔熱耐火制品。莫來石質(zhì)隔熱磚耐高溫、強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率低、可直接接觸火焰，適用于各種工業(yè)爐窯的內(nèi)襯。我國某耐火材料廠生產(chǎn)的莫來石質(zhì)隔熱磚的理化性能見表5-4所列。
表5-4莫來石質(zhì)隔熱磚的理化性能
硅藻土及其制品
硅藻土是一種天然的多孔性隔熱材料的原科，它是水生植物硅藻的尸骸沉積在海底或湖底形成的沉積礦物，在顯微鏡下觀察時，可以看見硅藻土是由5?400微米的微小藻殼構(gòu)成的，包含有大量的極其微細(xì)的孔隙，硅藻土具有很好的隔熱性能。
硅藻土的主要成分是非晶質(zhì)含水硅酸，優(yōu)質(zhì)硅藻土呈白色，Si〇2含量可達(dá)90%?98%，一般的硅藻土中常含有黏土、火山灰、有機(jī)物以及非溶性物質(zhì)等，其顏色呈淺灰色、淺黃色或深綠色。Si02含量在70%?90%之間;表5-5列出了一些國家的硅藻土的成分。工業(yè)上對硅藻土中的雜質(zhì)采用不同的方法處理掉，如有機(jī)物通過焙燒的方法;硅砂通過淘析的方法;氧化鐵通過添加食鹽，在700?800°C的溫度下用焙燒法除去。
硅藻土的主要成分含水硅酸具有良好的耐熱性能，它可作為中高溫用絕熱材料的原料。在加熱過程中，溫度在50?250°C之間，殘余水分排除和凝膠老化，發(fā)生0.1%?0.3%的收縮。在500?800°C的溫度下，水分全部蒸發(fā)，內(nèi)部形成無數(shù)孔隙，吸收液體的體積可達(dá)本身體積的5倍。800°C以上，硅藻殼間開始發(fā)生燒結(jié)，出現(xiàn)收縮，當(dāng)溫度升高到1000°C以上時，硅藻殼轉(zhuǎn)化成方石英，并發(fā)生明顯收縮。
硅藻土輕質(zhì)制品的生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。
圖2硅藻土輕質(zhì)制品的生產(chǎn)工藝流程
由于硅藻土具有多孔性，容重小，其主要成分二氧化硅的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐熱性能好，使其大量用作保溫材料。此外，硅藻土還有其他多種用途，如用作吸收劑、吸附劑、脫脂劑，過濾材料等。
生的硅藻土作為隔熱保溫材料時，可以直接用于保溫涂層，烘干后用作隔熱保溫填料。由于硅藻土具有很強(qiáng)的吸濕性，不宜用作低溫用的保溫保冷材料。表5-6列出了用作隔熱填料的硅藻土粉的理化性能。
通常，硅藻土大量用于制造硅藻土輕質(zhì)隔熱磚和制品。當(dāng)硅藻土原礦中含有足量的黏土?xí)r，粉碎成細(xì)粉加水混合后即具有足夠的可塑性，可用擠泥機(jī)擠成泥條，用鋼絲切割削成磚坯，或用可塑法成型;當(dāng)原料比較純時，須加入一定比例的結(jié)合黏土，使磚還具有足夠的強(qiáng)度。為改善硅藻土磚的隔熱性能，有時在配料中也加入石棉、纖維材料、鋸末等可燃物。磚坯干燥后于900?1000°C燒成。
燒成溫度對硅藻土隔熱磚的使用性能有很大的影響。如圖5-3所示，燒成溫度較高的磚，再加熱時在200°C左右產(chǎn)生很大的體積膨脹。這是因?yàn)樵?000°C以上燒成時，許多硅藻殼已轉(zhuǎn)變成方石英，再加熱時方石英在200°C左有開始發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變所致。而燒成溫度輕低的磚，再加熱時會產(chǎn)生較大的收縮。因此，硅藻土磚的燒成溫度以900?1000°C為宜。
硅藻土輕質(zhì)隔熱磚的特點(diǎn)是：它與其他容重相同的隔熱磚相比，熱導(dǎo)率較小，原因是硅藻土內(nèi)氣孔非常細(xì)小，對熱有良好的屏蔽作用。
硅藻土隔熱磚的使用溫度隨純度而變。用一般的硅藻土制造的制品的使用溫度一般在1000°C以下，因?yàn)楦邷貢r制品的收縮變形較大。在用純硅藻土原料時，需在較高的溫度下燒成，二氧化硅殼轉(zhuǎn)化成磷石英，也可加入石灰作為結(jié)合劑和礦化劑，促進(jìn)燒成時磷石英的轉(zhuǎn)化，有利于提高制品的耐熱性能和降低高溫下的沖燒收縮。表5-7列出了硅藻土輕質(zhì)隔熱磚的性能。
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