隔热耐火材料是指气孔率高、体积密度低、热导率低的耐火材料。隔热耐火材料又称轻质耐火材料。它包括隔热耐火制品、耐火纤维和耐火纤维制品。
隔热耐火材料的特征是气孔率高,一般为40%〜85%;体积密度低,一般低于1.5g/cm3;热导率低,一般低于1.0W(m·K)。它用作工业炉窑的隔热材料,可减少炉窑散热损失,节省能源,并可减轻热工设备的质量。隔热耐火材料机械强度、耐磨损性和抗渣侵蚀性较差,不宜用于炉窑的承重结构和直接接触熔渣、炉料、熔融金属等部位。
隔热耐火制品是指气孔率不低于45%的耐火制品。隔热耐火制品的种类很多,其分类方法主要有以下几种:
(1)按使用温度分为低温隔热耐火材料(使用温度为600〜900℃)、中温隔热耐火材料(使用温度为900〜1200℃)和高温隔热耐火材料(使用温度大于1200℃)。
(2)按体积密度分为一般轻质耐火材料(体积密度为0. 4〜1.0g/cm3)和超轻质耐火材料(体积密度低于0.4g/cm3)。
(3)按原料分为粘土质、高铝质、硅质和镁质等隔热耐火材料。
(4)按生产方法分为燃尽加入物法、泡沫法、化学法和多孔材料法等隔热耐火材料。
(5)按制品形状分为定型隔热耐火制品和不定形隔热耐火制品。
隔热耐火制品的制法与致密耐火制品有所不同,主要方法有燃尽加入物法、泡沫法、化学法和多孔材料法:
(1)燃尽加入物法。该法是将锯木屑等可燃或可升华添加物放入泥料中,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。
(2)泡沫法。该法是将泡沫剂放入打泡机中加水搅拌而制得细小均匀的泡沬,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。
(3)化学法。它是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%。
(4)多孔材料法。该法是利用膨胀珍珠岩、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。
氧化铝空心球砖是以氧化铝空心球为主要原料制成的隔热耐火制品。它主要用作1800℃以下的高温工业窑炉内衬和高温热工设备的保温隔热层等。
氧化铝空心球砖的制造方法是,首先将氧化铝原料加入倾倒式电炉内熔化成液态,然后将炉子倾倒一定角度,使熔液从浇料槽以一定速度流出,并使液流经过与流股成60°〜90°的扁形喷嘴以压力为0.6〜0.8MPa的高速气流将液流吹散,即成氧化铝空心球,然后将氧化铝空心球、烧结氧化铝细粉与粘结剂按一定比例配料、成型、干燥、烧成,制得氧化铝空心球砖。
氧化铝空心球砖的A12O3含量不小于98%,SiO2含量不大于0.5%,Fe2O3含量不大于0.2%,体积密度为1.3〜1.4g/cm3,显气孔率为60%〜70%,耐压强度不小于9.8MPa,荷重(0.2MPa)软化温度不小于1700℃,热导率为0.7〜0.8W/(m·K)。
氧化锆空心球砖是以氧化锆空心球为主要原料制成的隔热耐火制品。其生产工艺是,以氧化锆为原料,氧化钙(或氧化镁等)作稳定剂,经均匀混合,电弧法熔化成熔液,以压缩空气喷吹制成氧化锆空心球,然后以氧化锆空心球(65%〜70%)和氧化锆细粉(30%〜35%)为原料,以硼酸水溶液作结合剂,混合均勻后用加压振动成型机成型,制得的砖坯干燥后在1700〜1800℃下烧成。
氧化锆空心球砖耐火度大于2400℃,显气孔率为55%〜60%,体积密度为2.5〜3.0g/cm3,耐压强度不小于4.9MPa,热导率为0.23〜0.35W/(m·K)。
氧化锆空心球砖是性能优良的隔热耐火制品,安全使用温度可达2200℃,它在冶金、化工、电子等工业的热工设备中作为直接接触火焰的高温内衬材料。
氧化铝隔热砖是用电熔刚玉、烧结氧化铝和工业氧化铝为主要原料制成的隔热耐火制品。其生产工艺有泡沫法和烧尽加入物法两种。
氧化铝隔热耐火砖可用作直接接触火焰的工作层或用作隔热层,广泛应用于陶瓷、耐火材料烧成窑、粉末冶金烧结炉、半导体元件烧成窑及有氢气和还原气氛的窑炉等。
高铝质隔热砖是以铝矾土为主要原料制成的Al2O3含量不小于48%的隔热耐火制品。其生产工艺采用泡沫法,也可采用烧尽加入物法。
高铝质隔热耐火砖可用于砌筑隔热层和无强烈高温熔融物料侵蚀及冲刷作用的部位,直接与火焰接触时,一般的高铝质隔热耐火砖的表面接触温度不得高于1350℃。莫来石质隔热耐火砖可直接接触火焰,具有耐高温,强度高,节能效果显著等特点。适用于热解炉、热风炉、陶瓷辊道窑、电瓷抽屉窑及各种电阻炉的内衬。
莫来石质隔热砖是以莫来石为主要原料制成的隔热射火制品。莫来石质隔热砖耐高温、强度高、热导率低、可直接接触火焰,适用于各种工业炉窑的内衬。
粘土质隔热砖是以耐火粘土为主要原料制成的A12O3含量为30%〜48%的隔热耐火制品。其生产工艺采用烧尽加入物法和泡沫法。以耐火粘土、漂珠、耐火粘土熟料作原料,掺加结合剂和锯木屑,经配料、混合、成型、干燥、烧成,制得体积密度为0.3〜1.5g/cm3的产品。粘土质隔热砖的产量占隔热耐火砖总产量的一半以上。
粘土质隔热砖应用范围广泛,多用在热工设备和工业窑炉的隔热层。
硅藻土隔热砖是以硅藻土为主要原料制成的隔热耐火制品。它主要用在900℃以下的隔热层。
硅质隔热砖是以硅石为主要原料制成的SiO2含量不小于91%的隔热耐火制品。
膨胀蛭石制品是以膨胀蛭石为主要原料制成的隔热耐火制品。它通常用在1000℃以下的隔热层。
膨胀珍珠岩制品是以珍珠岩为主要成分制成的隔热耐火制品。膨胀珍珠岩制品按所用胶结剂的种类分为水泥结合膨胀珍珠岩制品、水玻璃结合膨胀珍珠岩制品、磷酸盐结合膨胀珍珠岩制品和沥青结合膨胀珍珠岩制品等。
漂珠砖是以漂珠为主要原料制成的隔热耐火制品。漂珠是从热电厂粉煤灰中浮选出来的硅酸铝质玻璃空心珠体。它体轻、壁薄、中空、表面光滑、耐高温、隔热性能好。利用漂珠这些优良特性,可制造出保温性能优异的轻质隔热耐火材料。生产漂珠砖可采用半干法成型。