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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℃)如硅酸鈣、輕質(zhì)黏土磚、硅酸鋁纖維等;高溫型(1200℃以上)如輕質(zhì)高鋁磚、氧化鋁空心球等。按照形態(tài)分為纖維狀、多孔子狀和顆粒狀。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征
輕質(zhì)磚之所以能隔熱是由于磚人本內(nèi)含有大量的氣孔(包括閉氣孔和開口氣孔)。造成氣孔的方法有:加入可燃物法、泡沫法、化學(xué)法。
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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)工藝采用燒盡加人物法和泡沫法。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。
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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?1.1g/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℃,遠(yuǎn)高于黏土質(zhì)隔熱磚。因而硅質(zhì)隔熱 磚高使用溫度可達(dá)1550℃。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(shí),由于灰分會(huì)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(shí),在1200℃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)硅磚具有良的耐火性能,荷重軟化溫度接近致密硅磚達(dá)到1620℃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℃長(zhǎng)期使用。表2列出了我國(guó)工業(yè)窖爐用輕質(zhì)硅磚的技術(shù)條件(YB/T 386—1994)。
表2 工業(yè)窯爐用輕質(zhì)硅磚的技術(shù)指標(biāo)
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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3所列。
表3 氧化鋁隔熱磚的理化指標(biāo)
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℃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℃,高純制品的使用溫度可達(dá)到1650?1800℃。
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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。
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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 宸或湖底形成的沉積礦物,在顯微鏡下觀察時(shí),可以看見硅藻土是由5?400um的微小藻殼構(gòu)成的,包含有大量的其微細(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,質(zhì)硅藻土呈白色,SiO2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列出了一些的硅藻土的成分。工業(yè)上對(duì)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℃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℃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℃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℃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℃以上時(shí),硅藻殼轉(zhuǎn)化成方石英,并發(fā)生明顯收縮。
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(shí),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。
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(shí),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(shí)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℃燒成。
燒成溫度對(duì)硅藻土隔熱磚的使用性能有很大的影響。燒成溫度較高的磚,再加熱時(shí)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(shí),許多硅藻殼已轉(zhuǎn)變成方石英,再加熱時(shí)方石英在200℃左右開始發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變所致。而燒成溫度輕低的磚,再加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的收縮。
因此,硅藻土磚的燒成溫度以900?1000℃ 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(duì)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℃以下,因?yàn)楦邷貢r(shí)制 品的收縮變形較大。在用純硅藻土原料時(shí),需在較高的溫度下燒成,二氧化硅殼轉(zhuǎn)化成 磷石英,也可加人石灰作為結(jié)合劑和礦化劑,促進(jìn)燒成時(shí)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。
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