[科普中国]-轻质耐火材料

概述

轻质耐火材料又称隔热耐火材料，是一种气孔率高、体积密度小、导热系数低的耐火材料。按体积密度分轻质砖(体积密度0.4～1.3g/cm)和超轻质砖 (1200℃)。按制品形状分为定型轻质耐火材料和不定型轻质耐火材料。按材质分粘土质、高铝质、硅藻土质、硅质、堇青石质等。制备轻质耐火材料的方法有可燃物加入法、泡沫法、化学法和多孔材料法。采用轻质耐火材料可节省燃料、提高热效率、降低环境温度、减轻炉体重量、改善劳动环境。由于气孔率大，强度较低，抗渣性差，不宜用于承重结构和与熔液接触或高速气流通过的部位，主要用作热工设备的保温、隔热层材料。2

基本类别有多种分类方法：

①按体积密度分类。体积密度在 0.3～1.3克每立方厘米的为轻质砖；低于 0.3克每立方厘米的为超轻质砖。

②按使用温度分类。使用温度600～900℃为低温隔热材料;900～1200℃为中温隔热材料;超过1200℃的为高温隔热材料。

③按制品形状分类。一种是定形的轻质耐火砖，包括粘土质、高铝质、硅质以及某些纯氧化物轻质砖等；另一种是不定形轻质耐火材料，如轻质耐火混凝土等。

制砖工艺烧尽加入物法在制砖的泥料中，加入容易烧尽的加入物，如锯木屑、石油焦、木炭、烟煤、木质素等。烧成时这些加入物被烧尽而使制品具有较高的气孔率。3

泡沫法在制砖的泥浆中，加入诸如松香皂、角皂素、聚苯乙烯等泡沫剂，并以机械方法使之起泡，经烧成后获得多孔的制品。3

化学法利用可产生气体的化学反应，于制砖过程中获得多孔制品。通常是在泥浆中加入碳酸盐（如白云石、菱镁矿）和无机酸作发泡剂，再以半水石膏或水硬性物质（如水泥）作稳定剂。3

多孔材料法用天然的硅藻土或人造的粘土泡沫熟料、氧化铝或氧化锆空心球等多孔原料制取轻质耐火砖。常用并较方便的是烧尽加入物法和泡沫法。3

几种主要轻质耐火材料的性能轻质硅砖轻质硅砖是以硅石为原料，采用燃烬加入物法制成的含二氧化硅在91%以上的多孔轻质砖，也可制成不烧制品。轻质硅砖的一些性能与致密硅砖相接近。其体积密度为0.9~1.10克每立方厘米；耐压强度为1.96～5.83 MPa；导热性较低。350℃时导热系数为3.49~4.19 W/(m*℃)；耐热震性有所提高；高温下有微小的残余膨胀。1450℃时的膨胀率小于0.2%。4

轻质黏土砖轻质黏土砖是含氧化铝为30%~46%的具有多孔结构的轻质耐火制品，是采用可塑泥料燃烬加入物制成的多孔制品。轻质黏土砖的体积密度为0.75~1.20 克每立方厘米；耐压强度0.98~5.88 MPa；300℃时导热系数为0.795~2.93 W/(m*℃)；使用温度一般为900～1250℃，最高使用温度为1200～1400℃。4

轻质高铝砖轻质高铝砖的氧化铝含量在48%以上，是以莫来石与玻璃相，或刚玉相与玻璃相为主要组成的具有多孔结构的耐火制品。其性能优于轻质硅砖和轻质黏土砖。采用工业氧化铝及高铝矾土等原料生产的轻质高铝砖和轻质刚玉砖，耐火度高达1800℃，最高使用温度可达1 650℃。4

轻质混凝土轻质混凝土是用轻质骨料的粉料，加胶结剂、外加剂配合制成混合料，直接浇注成具有多孔结构的整体式炉衬或制成多孔制品。除具有混凝土的特性外，它还具有绝热、保温和体轻等轻质材料所具宥的性能，并有一定的承重能力。加气耐火混凝土是用耐火材料、胶结剂和外加剂按比例配合，采用化学法制造的具有多孔结构的耐火混凝土。4

耐火纤维耐火材料性能特点耐火纤维是纤维状的一种新型高效绝热材料。它既具有一般纤维的特性（如柔软，强度高，可加工成各种棉、绳、带、毡、毯等），又具有普通纤维所没有的耐高温、耐腐蚀性能。目前，耐火纤维的生产和应用得到迅速的发展，各种高温国窑使用耐火纤维后，节能效果显著提高。它的主要性能：①耐高温，最高使用温度可达1250~2500℃； ②低热导率； ③体积密度小，耐火纤维的体积密度仅为0.1~0.2 克每立方厘米④化学稳定性好；⑤耐热震性好；⑥热容量低。另外，耐火纤维还具有柔软、易加工、施工方便等特点。4

耐火纤维的生产方法耐火纤维的生产方法生产方法很多，主要有：熔融喷吹法、高速离心法、胶体法。其中胶体法是将物配制成胶体盐类，并在一定条件下固化成纤维坯体，最后煅烧成纤维的方法。4

氧化铝、氧化锆空心球及其制品氧化铝空心球及其制品氧化铝空心球及其制品能在1800℃以下长时间使用，在高温下也具有较好的化学稳定性和耐侵蚀性，且在氢气气氛下使用非常稳定。将氧化铝原料用电弧炉熔融至2000℃左右，熔液倾倒用高压空气吹散液流，在空中冷却因表面张力作用即成氧化铝空心球。将所得的空心球过筛，除去细粉和大的碎片、颗粒等，将成品氧化铝空心球色装，即作为成品出厂。通常采用70%的氧化铝空心球与30%的烧结氧化铝细粉，以硫酸铝结合，用木模加压、振动成型。坯体经干燥后，根据不同情况，采用高温烧成或轻烧成为制品。4

氧化锆空心球及其制品氧化锆空心球及其制品能在更高温下使用，且能在2200℃下长时间使用。氧化锆的导热系数约为氧化铝的一半，其隔热性能更好，作为高温保温材料，氧化锆空心球及其制品。熔点为2700℃，是一种高级耐火材料，但在一定的温度下会发生晶型转变，不能稳定地使用。其他轻质耐火材料如棉可作为填充物及隔热材料，直接用于热工设备。纤维毡是将纤维交错黏压，成为具有一定强度的毡制品，如纤维毯、纤维带。此外有纤维绳、布、纤维大块及各种形状的产品，还有纤维水泥、纤维喷涂料、捣打料和浇灌料等不定型耐火材料产品。4