第6章 隔熱耐火材料

考試安排時間：16周周二（6月3號）下午4-6點地點：0102考試形式：開卷鐵水預處理復吹轉爐煉鋼爐外精煉連鑄*3耐火材料工藝學武漢科技大學國家級精品課程4第八章隔熱耐火材料基本要求：了解隔熱耐火材料的種類、制備方法及成孔原理；重難點：隔熱耐火材料的隔熱原理，影響導熱率的因素（熱導率與溫度、顯微結構、體積密度和氣孔特性等的關系）。

5主要內容一、隔熱耐火材料概述（1）隔熱耐火材料與節(jié)能（2）隔熱耐火材料定義（3）隔熱耐火材料分類（4）隔熱耐材的隔熱原理及影響因素二、隔熱耐火材料的制備方法（1）多孔隔熱耐火制品及其制備方法（2）纖維狀隔熱制品及其制備方法（3）纖維隔熱材料存在的問題與發(fā)展（4）研制高效隔熱耐火材料的原則61、隔熱耐火材料概述1.1隔熱耐火材料與節(jié)能第八章隔熱耐火材料單位國內生產(chǎn)總值(GDP)能耗降低20%左右能源緊張，節(jié)能勢在必行能耗大戶：鋼鐵工業(yè)、有色冶金工業(yè)、建筑工業(yè)等“十一五”中國超過10%的能源被鋼鐵業(yè)“吃”掉要抓好資源節(jié)約、建設環(huán)境友好型社會輕質隔熱耐火材料“十五”“十二五”第八章隔熱耐火材料60-65%Alumina

Silica

Insulation

PorousSilica

Precast

50-55%Alumina

Insulation

60-65%Alumina

Insulation

熱風爐

HOTBLASTSTOVES

第八章隔熱耐火材料7大多數(shù)情況下，各種工業(yè)窯爐的熱損失一般都很大，如下表所示，能源利用率不到33%，因而有很大的節(jié)能潛力。窯爐名稱熱效率，%半連續(xù)式煤氣加熱爐13.3~27.7箱式電阻爐31.4~32.6井式回火爐24電弧爐12.8~23.6遠紅外烘干室20~30表一些工業(yè)窯爐的熱效率熱效率（%）=工藝有效熱量/供入爐子的熱量*100%第八章隔熱耐火材料8

一般工業(yè)窯爐的熱損失，主要包括下列幾項：1）從爐體表面各部位散失的熱量；2）爐體的蓄熱損失；3）水冷損失的熱量；4）接縫、孔眼和爐門等密封不嚴的部位泄露損失的熱量；5）排煙帶走的廢熱損失。第八章隔熱耐火材料9爐體的表面熱損失，與窯爐的種類和保溫隔熱耐火材料的利用有關，如表所示，可高達產(chǎn)品單位能耗的10~40%。產(chǎn)品名稱窯爐設備單位產(chǎn)品能耗MJ/t產(chǎn)品爐體散熱損失MJ/t產(chǎn)品%水泥回轉窯544071013.0玻璃池窯9500149015.7耐火材料隧道窯6700253037.8陶瓷隧道窯12140459037.8鋼鐵化鐵爐2462020908.5表各種工業(yè)窯爐的爐體散熱損失1）從爐體表面各部位散失的熱量第八章隔熱耐火材料102）爐體的蓄熱損失爐體的蓄熱損失，對連續(xù)操作的窯爐不太重要，因為這類窯爐通常運行數(shù)月至數(shù)年才需停爐維修。

但對于間歇式不連續(xù)使用的窯爐，爐襯耐火材料的蓄熱損失則很大，它與窯爐的尺寸、爐墻厚度、砌體的熱容量，材料的導熱性和加熱時間及溫度等因素有關，達5~25%。第八章隔熱耐火材料11低熱容量低熱導系數(shù)隔熱耐火材料（保溫耐火材料）隔熱耐火材料是指低導熱系數(shù)與低熱容量的耐火材料，也稱保溫耐火材料。由于它們的氣孔率高，體積密度低，因此也稱為輕質氣孔率高

體積密度低輕質耐火材料耐火材料。1.2隔熱耐火材料的定義第八章隔熱耐火材料12圖各種結構爐襯在內表面相同情況下其熱工性能的比較1－高嶺棉；2－礦棉；3－輕質耐火磚；4－致密耐火磚第八章隔熱耐火材料IIIIII熱耗，kJ/cm2?s0.5330.5330.613蓄熱，kJ/cm32060062500550000爐襯質量，kg/cm336115556可見，采用導熱系數(shù)低和熱容小的隔熱耐火材料，尤其是采用新型的耐火纖維材料，可使爐體的熱損失大大減少，從而節(jié)約大量能源。13粘土質隔熱耐火材料(1)按化學礦物組成分類高鋁質隔熱耐火材料硅質隔熱耐火材料硅藻土質隔熱耐火材料蛭石隔熱耐火材料氧化鋁隔熱耐火材料莫來石隔熱耐火材料1.3隔熱耐火材料分類第八章隔熱耐火材料14低溫隔熱材料（小于600℃），它不屬于耐火材料；中溫隔熱材料（600-1200℃）；

高溫隔熱材料（大于1200℃）。

（2）按使用溫度分類第八章隔熱耐火材料15各種隔熱材料的使用溫度第八章隔熱耐火材料16類別特征舉例粉粒狀隔熱材料粉粒散狀隔熱填料粉粒散狀不定形隔熱材料膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、硅藻土等，氧化物空心球定形隔熱材料多孔、泡沫隔熱制品輕質耐火混凝土、輕質澆注料纖維狀隔熱材料棉狀和纖維隔熱材料石棉、玻璃纖維、巖棉、陶瓷纖維、氧化物纖維及制品復合隔熱材料纖維和纖維復合材料絕熱板、絕熱涂料、硅鈣板第八章隔熱耐火材料（3）按存在形態(tài)分類17膨脹珍珠巖第八章隔熱耐火材料18由氧化鋁空心球制成的新型高溫隔熱耐火材料第八章隔熱耐火材料19第八章隔熱耐火材料20第八章隔熱耐火材料21隔熱耐火材料按組織結構分類（舉例）類別特征舉例氣相連續(xù)的隔熱材料固相為孤立分散相粉粒料填充隔熱層，以可燃物法制造的輕質耐火磚固相連續(xù)的隔熱材料氣相為孤立分散相氧化物空心球制品，粉煤灰漂珠隔熱制品，泡沫法輕質磚，泡沫玻璃混合結構的隔熱材料氣相和固相都為連續(xù)相纖維、棉狀隔熱材料，耐火纖維氈，巖棉、玻璃棉保溫材料（4）按結構特點分類第八章隔熱耐火材料22（a）氣相連續(xù)結構型或開放氣孔結構型顯微結構特點是固相被氣相分割，成為斷斷續(xù)續(xù)的非連續(xù)相。

以輕質耐火材料粉粒填充的隔熱耐火層，采用可燃物加入物法生產(chǎn)的大多數(shù)輕質隔熱制品屬于這種結構類型。氣相固相纖維abc第八章隔熱耐火材料23（b）固相連續(xù)結構型或封閉氣孔結構型顯微結構特點是大部分氣孔以封閉氣孔的形式存在，固相連續(xù)而氣相被分割孤立存在。用泡沫法生產(chǎn)的輕質耐火制品，各種氧化物空心球隔熱制品都屬于這種結構類型。第八章隔熱耐火材料氣相固相纖維abc24（c）固相和氣相都為連續(xù)相的混合結構型顯微結構特點是固相和氣相都以連續(xù)相的形式存在。

各種礦棉、耐火纖維隔熱材料和制品以及纖維復合材料均屬于這種類型。第八章隔熱耐火材料氣相固相纖維abc25按使用方式：直接向火；非直接向火。按體積密度：一般輕質（體積密度0.6-1.0g/cm3）；

超輕質（體積密度0.3-0.4g/cm3）。按生產(chǎn)方法：可燃物加入法、泡沫法和化學法等。第八章隔熱耐火材料26傳導對流熱傳遞方式輻射固相傳導氣孔或空隙氣相傳導纖維或骨料基質顆粒二次輻射1.4隔熱耐火材料的隔熱原理與影響因素第八章隔熱耐火材料27隔熱耐火材料中的熱傳遞λe——隔熱耐火材料的

有效傳熱系數(shù)式中，Q—通過隔熱耐火材料傳遞的熱量；

λe—隔熱耐火材料的有效傳熱系數(shù)；ΔT—隔熱耐火材料兩邊的溫差；ΔL—隔熱耐火材料的傳熱距離。隔熱的基本原理是降低導熱系數(shù)。第八章隔熱耐火材料28并聯(lián)型λm=V1λ1＋V2λ2V1和V2－各層所占體積百分數(shù)λ1和λ2－各層的熱導率當熱流方向與平板平行時第八章隔熱耐火材料29當熱流方向與平板垂直時串聯(lián)型1/λm=V1/λ1＋V2/λ2V1和V2－各層所占體積百分數(shù)λ1和λ2－各層的熱導率第八章隔熱耐火材料301）熱傳導通常氣體的導熱系數(shù)是很小的。大多數(shù)隔熱耐火材料氣孔中的氣體為空氣?？諝獾膶嵯禂?shù)如表所示。它的導熱系數(shù)比固體材料要小得多。因而，通過氣孔的傳導傳熱是很小的。

不同溫度下空氣的導熱系數(shù)λ（W/cm·K）溫度，℃空氣00.024525000.0336410000.0778815000.09084氣孔的傳熱主要包括如下幾個方面第八章隔熱耐火材料312）對流傳熱由于大部分隔熱耐火材料中的氣孔是很小的，氣體在氣孔中的流動受到限制，速度很小，因而氣孔中的氣體的對流傳熱也不大。氣孔的孔徑越小，氣孔中的氣體的流動性越差，對流傳熱也越小。當氣孔的孔徑小于氣孔中的氣體的分子運動自由程時，氣孔中的分子停止運動，不再有通過氣孔的對流傳熱。

第八章隔熱耐火材料32含空氣的氣孔的導熱系數(shù)與氣孔孔徑的關系第八章隔熱耐火材料333）輻射傳熱

由于在大多數(shù)隔熱耐火材料中的氣體為空氣，即O2與N2。它們的分子結構都為對稱雙原子型的。這類氣體吸收與發(fā)射輻射能的能力極小。因此，通過氣孔的輻射傳熱主要是通過氣孔的高溫壁向低溫的輻射。但總的來看通過氣孔的輻射傳熱也是不大的。

第八章隔熱耐火材料34氣孔率為70%隔熱耐火材料中各傳熱機制所占傳熱比例溫度/℃?zhèn)鳠岜壤?%固相傳導氣相傳導輻射傳熱合計5008012810010007411151001500701119100在所有傳熱機制中，固相的傳熱占很大比例。應該指出的是，固相傳熱占的比例高并不意味該隔熱材料的隔熱效果差。恰恰是氣相隔熱效果好，才導致固相傳熱占的比例高。第八章隔熱耐火材料35?

顯微結構包括氣孔率、氣孔尺寸、氣孔面積與孔壁面積之比等。?

氣孔率高，孔壁面積（固相面積）所占的比例就小。但氣孔率的提高是有限的。?

氣孔孔徑越小越有利于提高隔熱材料的隔熱效果。一方面降低了氣體分子的運動空間，減少了對流傳熱；另一方面是增加了氣孔的面積。影響隔熱耐火材料的隔熱作用的因素

1）隔熱材料的顯微結構第八章隔熱耐火材料36多孔尖晶石陶瓷的顯微結構和孔徑分布第八章隔熱耐火材料37

表一些氣體的導熱系數(shù)，W/(m?K）溫度，℃水蒸氣空氣氫氣二氧化碳00.017160.024520.17160.014425000.063460.033640.34760.0519210000.119710.077880.51350.0822115000.183170.090840.62740.1024一般說來，氣體的分子量越小，它的組成和結構越簡單，其導熱系數(shù)也就越大。2）氣相的物理性質第八章隔熱耐火材料38?氣相的主要作用是降低導熱系數(shù)，實質上就是因為氣體的導熱系數(shù)比任何其它固體的導熱系數(shù)都低。?絕大多數(shù)的情況下，所謂氣相在隔熱耐火材料中所起的作用實際上也就是空氣的隔熱作用。第八章隔熱耐火材料?但在有些情況下，隔熱耐火材料是在真空、保護氣氛或要求控制氣氛的各種工業(yè)窯爐中使用的，如采用氫氣、一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物及惰性氣體等氣氛。39影響固相導熱系數(shù)的主要因素為材料的化學礦物組成和晶體結構。一般的規(guī)律是結構越復雜，導熱系數(shù)越小。3）固相的物理性質第八章隔熱耐火材料40a—氧化物；b—非氧化物致密氧化物與非氧化物的導熱系數(shù)與溫度的關系第八章隔熱耐火材料41硅酸鹽礦物的導熱系數(shù)較低1第八章隔熱耐火材料42a—氧化物；b—非氧化物致密氧化物與非氧化物的導熱系數(shù)與溫度的關系第八章隔熱耐火材料43硅酸鹽礦物的導熱系數(shù)較低大部分非氧化物的導熱系數(shù)大于氧化物的導熱系數(shù)12第八章隔熱耐火材料44a—氧化物；b—非氧化物致密氧化物與非氧化物的導熱系數(shù)與溫度的關系第八章隔熱耐火材料45硅酸鹽礦物的導熱系數(shù)較低大部分非氧化物的導熱系數(shù)大于氧化物的導熱系數(shù)結晶相隨著溫度升高，原子或離子的熱振動增大和非簡諧振動性增加，導致自由程縮短，從而使導熱系數(shù)下降。123第八章隔熱耐火材料46a—氧化物；b—非氧化物致密氧化物與非氧化物的導熱系數(shù)與溫度的關系第八章隔熱耐火材料47硅酸鹽礦物的導熱系數(shù)較低大部分非氧化物的導熱系數(shù)大于氧化物的導熱系數(shù)結晶相隨著溫度升高，原子或離子的熱振動增大和非簡諧振動性增加，導致自由程縮短，從而使導熱系數(shù)下降。123玻璃態(tài)物質中原子或離子為無序排列，因而玻璃相的導熱系數(shù)一般比原子或離子有序排列的同組成的結晶相的導熱系數(shù)低。隨著溫度升高，玻璃相的粘度降低，質點運動的阻力減小，玻璃相的導熱系數(shù)隨之增大。4第八章隔熱耐火材料48（A）MgO

（B）Al2O3第八章隔熱耐火材料49具有致密晶界的晶體材料結構示意圖導熱系數(shù)隨著溫度升高，導熱系數(shù)逐漸減小，但為何到一定高溫后，導熱系數(shù)又逐漸增加呢？第八章隔熱耐火材料50具有連續(xù)玻璃相材料的結構示意圖導熱系數(shù)第八章隔熱耐火材料51（A）Al2O3（空心球，直徑100μm）（B）SiO2（玻璃纖維，直徑15μm）（1）總導熱系數(shù)，（2）固相導熱，（3）輻射傳熱，（4）對流傳熱第八章隔熱耐火材料52總重量與總體積之比，（g/cm3）。

體積密度顯氣孔率孔隙率閉氣孔率真密度孔隙包括開口氣孔和閉口氣孔，所有孔隙所占體積與總體積之比稱為孔隙率，%。

開口氣孔體積與總體積之比稱為顯氣孔率，%。

閉口氣孔體積與總體積之比稱為閉氣孔率，%。

總重量/（總體積—孔隙體積），（g/cm3）。

第八章隔熱耐火材料隔熱耐火材料結構性能表征

1）孔隙率、顯氣孔率、閉氣孔率、體積密度和真密度53

多孔陶瓷的孔徑及孔徑分布是其最重要的性質之一，對其它一系列性質（如導熱率、滲透速率和透氣度等）影響顯著，對其最終應用有決定性作用，因而它的表征方法倍受關注。

較為常用的有壓汞法、氣泡法、氣體吸附法、顯微法，最近又發(fā)展了小角散射法、核磁共振法、熱孔計法等。第八章隔熱耐火材料2）孔徑分布及平均孔徑54

壓汞儀θ－液體和毛細管之間的接觸角（o）；r－半徑（μm）；σ－液體的表面張力（mN/m）；ΔP－迫使汞進入毛細管的壓力（MPa）

第八章隔熱耐火材料55第八章隔熱耐火材料多孔莫來石陶瓷的顯微結構56多孔莫來石陶瓷的孔徑分布和孔累積分布第八章隔熱耐火材料57實驗證明材料的斷裂強度與晶粒直徑d的平方根成反比，材料的斷裂強度與氣孔率P的關系式式中，n為孔徑特征常數(shù)，一般為4～7；為氣孔率為0時的強度。3）強度第八章隔熱耐火材料從上式可知，氣孔率對強度的影響時很大的。除氣孔率外，氣孔的形狀及分布也很重要。58第八章隔熱耐火材料硅酸鈣質高效隔熱材料59導熱率與體積密度的關系體積密度輕質耐火材料導熱率與體積密度的關系4）結構性能與導熱性能的關系第八章隔熱耐火材料對于同一材質而言，導熱率隨著體積密度增大而增大。60例1第八章隔熱耐火材料61例2第八章隔熱耐火材料62導熱率與氣孔率的關系輕質磚的熱導率；連續(xù)相的熱導率；制品氣孔率。輕質高鋁耐火材料的導熱系數(shù)與氣孔率的關系1-150℃2-250℃3-300℃4-400℃5-500℃第八章隔熱耐火材料63第八章隔熱耐火材料例164第八章隔熱耐火材料65導熱率與氣孔孔徑的關系輕質耐火材料導熱率與溫度及氣孔大小的關系第八章隔熱耐火材料66回顧本節(jié)內容1隔熱耐火材料的定義是什么？2隔熱耐火材料種類有哪些？3耐火材料隔熱原理是什么？第八章隔熱耐火材料4影響耐火材料隔熱性能的因素有哪些？6768主要內容一、隔熱耐火材料概述（1）隔熱耐火材料與節(jié)能（2）隔熱耐火材料定義（3）隔熱耐火材料分類（4）隔熱耐材的隔熱原理及影響因素二、隔熱耐火材料的制備方法（1）多孔隔熱耐火制品及其制備方法（2）纖維狀隔熱制品及其制備方法（3）纖維隔熱材料存在的問題與發(fā)展（4）研制高效隔熱耐火材料的原則（a）通過添加可燃物或易揮發(fā)物形成氣孔的制備工藝2、隔熱耐火材料的制備方法2.1多孔隔熱耐火制品及其制備方法(1)多孔隔熱耐火制品的制備方法還有很多研究者采用添加淀粉、石墨等方法來制備多孔陶瓷。在制磚的泥料中加入容易燒盡的可燃物，如炭末、鋸木屑等，使制品在燒成后具有一定的氣孔。69燒成理想的實際的70采用添加可燃物法時，控制輕質耐火材料性能的因素有哪些？添加物的添加量添加物的粒度添加物的形貌添加可燃物法的優(yōu)缺點：優(yōu)點：孔徑尺寸、氣孔率、氣孔形貌可控缺點：氣孔分布很難均勻，可燃物燒不盡時容易出現(xiàn)黑芯，環(huán)境污染71例1：一種多孔莫來石陶瓷的制備方法莫來石細粉+馬鈴薯淀粉淀粉的體積含量72α-Al2O3微粉+?-SiC+石墨例2：一種多孔莫來石陶瓷的制備方法731450℃1550℃1650℃74燒燼物加入法制造隔熱硅藻土磚流程圖例3：隔熱硅藻土磚的生產(chǎn)工藝流程圖75干燥加入泡沫劑燒成化學反應1.泡沫法：在制磚的泥料中加入泡沫劑，如松香皂等，并以機械方法使之起泡，經(jīng)燒成后獲得多孔的制品。

2.化學法：在泥料中加入碳酸鹽和酸、苛性堿和鋁或金屬和酸等，借化學反應產(chǎn)生氣體，使制品獲得氣孔。泡沫穩(wěn)定劑（b）發(fā)泡法76泡沫法優(yōu)缺點

優(yōu)點：可制備各種孔徑大小和形狀的多孔陶瓷，既可以獲得開孔

材料，也可以獲得閉孔材料，特別適合制備閉孔材料缺點：工藝條件難以控制和對原料的要求較高77泡沫法制輕質高鋁磚流程圖例78在制磚的泥料中加入造孔劑，經(jīng)擠壓成型，燒成后獲得多孔的制品。氧化鋁坯泥（c）擠壓法79例：一種單向氣孔的多孔剛玉陶瓷80擠壓法優(yōu)缺點

優(yōu)點：可以根據(jù)需要對孔形狀和孔大小進行精確設計缺點：不能形成復雜孔道結構和孔尺寸較小的材料81憑借骨料顆粒按一定堆積方式堆積而成，顆?？空辰Y劑或自身粘合成型，顆粒間的孔隙形成相互貫通的微孔。（d）顆粒堆積形成氣孔結構82例：83顆粒堆積形成氣孔結構優(yōu)缺點

優(yōu)點：通過控制顆粒尺寸，能控制孔徑大小。缺點：對顆粒尺寸范圍要求嚴格，不能形成閉氣孔。84利用原料礦物在一定溫度分解出氣體的特性，將此原料和其它原料混合均勻，加熱到一定溫度，即會在試樣內部留下氣孔，分解后的產(chǎn)物與其它原料原位反應，生成所需的多孔結構。（e）原位分解合成技術85

用天然的硅藻土或人造的粘土泡沫熟料、氧化鋁或氧化鋯空心球等多孔原料制取輕質耐火磚。或者將纖維制成定形制品。即直接將多孔、輕質骨料引入耐火材料。（f）多孔材料法86實例：成孔原理分析？？？？？？87以高嶺土和煅燒白云石為原料制備多孔陶瓷薄膜材料88Kaolin高嶺土Doloma

煅燒白云石Wetmilling濕磨Wetmixing濕混Ceramicpaste陶瓷坯泥Rollpressing軋制成型Extrusion擠出成型Planeconfiguration平面結構Tubularconfiguration筒形結構一種淀粉甲基纖維素8990①濕磨、濕混，CaO和MgO水化，生成Ca(OH)2和Mg(OH)2,高溫下

Ca(OH)2

CaO+H2OMg(OH)2

MgO+H2O

分解后產(chǎn)生氣孔。②高嶺土本身含有結構水、有機物等的燒失產(chǎn)生氣孔。③淀粉和甲基纖維素的燒失產(chǎn)生氣孔。④原料顆粒堆積產(chǎn)生部分氣孔。成孔原理91氧化鋁隔熱制品主要包括兩方面：其一，是以氧化鋁為主要原料用燒燼物法或發(fā)泡法所制得的多孔隔熱耐火材料；另一種，是以氧化鋁空心球為主要原料制得的氧化鋁空心球制品。(2)多孔隔熱耐火制品的性質（a）氧化鋁隔熱耐火制品92由電熔或燒結氧化鋁、工業(yè)氧化鋁粉為主要原料，用燒盡法、發(fā)泡法或其他方法制得的含Al2O3在90%以上的隔熱制品。

根據(jù)使用要求的不同，其Al2O3含量可達99%。根據(jù)組成與結構的差異，剛玉隔熱制品的使用溫度可達1600℃以上。氧化鋁隔熱耐火材料93通常以純氧化物為主要原料，于電弧爐中高溫熔化，待熔體流出時以高壓氣流噴吹，冷卻凝固后形成的直徑為0.2~5mm的人造輕質球形顆粒料。氧化鋁空心球制品94氧化鋁空心球的吹制方法1-變壓器；2-升降裝置；3-電極；4-Al2O3；5-熔融Al2O3；6-空心球；7-噴吹；8-空氣罐；9-空氣壓縮機；10-傾動裝置。95空心球的斷面結構類型a-薄殼中空球b-多孔蜂窩球c-厚壁中空球96它們同屬于鋁硅系隔熱耐火材料。是目前應用最廣的隔熱耐火材料。根據(jù)材料的組成、結構與生產(chǎn)方法的差別，它們的性質與質量變化范圍很大。使用溫度的范圍也很寬，從1000℃直至1600℃以上。（b）高鋁質、莫來石質與粘土質隔熱耐火材料制品97序號化學成分/%體積密度耐壓強度重燒線變化率導熱系數(shù)*Al2O3

Fe2O3g·cm-3MPa%w·（m·k）-11≤45≤2≤1.0≥2.9≤2（1350℃，12h）≤0.52≤45≤2≤0.6≥1.5≤2(1200℃，12h)≤0.253≥48≤2≤1.0≥3.9≤2(1400℃，12h)≤0.54≥48≤2≤0.7≥2.5≤2(1350℃，12h)≤0.55≥52≤1≤1.0≥2.5≤2(1350℃，12h)≤0.286≥55≤0.8≤0.8≥2.5≤2(1400℃，12h)≤0.287≥65≤0.8≤1.0≥3.0≤2(1550℃，12h)≤0.328≥72≤0.8≤1.2≥2.5≤2(1650℃，12h)≤0.449≥80≤0.6≤1.65≥6.0≤2(1700℃，12h)≤0.710≥85≤0.5≤1.75≥6.0≤2(1750℃，12h)≤0.72我國鋁硅系隔熱耐火材料的性質示例98硅藻土隔熱制品是以硅藻土為主要原料制得的制品，是含水的非晶質氧化硅，SiO2的含量在60%以上，最高可達94%，含有大量微孔，孔隙率在70~90%之間。硅藻土的堆集密度在150~720kg/m3之間。它具有良好的隔熱與隔音性能，是良好的隔熱、隔音、吸附與過濾材料的原料。（c）硅藻土隔熱制品99硅藻土隔熱制品的使用溫度不超過1000℃。它的燒成溫度一般也低于1100℃。通常，在900~1000℃之間。當燒成溫度超過1100℃時，無定型的硅藻殼會轉變?yōu)榉绞?。后者在加熱冷卻過程中發(fā)生晶型轉變而造成較大的體積變化導致制品的損壞。100

粉煤灰漂珠是燃煤發(fā)電廠的粉煤中的無機物（主要成分為SiO2和Al2O3），在高溫火焰中熔化和冷卻凝固后形成的玻璃質珠狀空心微球，可漂浮在排渣池的水面上，并由此而得名。

粉煤灰漂珠具有優(yōu)良的耐熱、隔熱、耐蝕、絕緣等性能，是一種具有許多用途的原材料和填充材料。

粉煤鍋爐飛灰中，一般含有50~70%空心微球，粒徑為0.3~200μm，壁厚1~5μm，容重在0.3~0.7g/cm3之間。（d）粉煤灰漂珠隔熱制品101漂珠的理化性質化學成分/%堆集密度g/cm3SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOR2OTiO2LOI158.5034.062.301.651.082.010.70.30.37254.1329.326.251.981.301.702.911.69—355.026.09.93.51.64.0——0.3449.5-61.026.0-30.04.2-10.80.2-4.51.1-1.6———0.3-0.4102

鈣長石的分子式為CaO·Al2O3·2SiO2。其理論組成為：CaO，20.2%；Al2O3，36.6%；SiO2，43.3%。熔點為1552℃。鈣長石的熔點不高。但用它制作隔熱材料卻有良好的保溫性能、抗熱震性與在還原氣氛下的良好穩(wěn)定性。按相組成，鈣長石隔熱耐火材料可以分為以鈣長石為主要成分和以鈣長石為基質的兩類。兩者都可以用燒燼物法與發(fā)泡法進行制造。通常以高嶺石、黏土熟料、葉臘石與石膏為原料。（e）鈣長石輕質隔熱制品103鈣長石及鈣長石結合莫來石制品的性質12345化學組成/%Al2O33938.95439.038.8SiO2444454342.542.2CaO15.411.7315.115.2Fe2O30.46.70.50.750.49體積密度/g·cm-30.470.500.50.800.75耐壓強度/MPa0.751.1 3.56.04.2重燒線變化%0（1066℃）—＜2（1450℃）＜-1（1300℃）＜1（1350℃）導熱系數(shù)/W（m·k）-1—0.12（264℃）0.15（350℃）—0.18（400℃）最高使用溫度/℃1100℃—140013001350104它們是由各種無機纖維構成的隔熱材料與制品。纖維狀隔熱材料具有質量輕、導熱系數(shù)與熱容量小，抗熱震性好及施工方便等優(yōu)點。在纖維中，以非晶質硅酸鋁質纖維與多晶質的莫來石纖維應用最廣。2.2纖維狀隔熱制品及其制備方法105纖維隔熱材料分類類型使用溫度℃天然石棉≤600玻璃纖維≤600礦渣棉≤600玻璃質氧化硅纖維≤1200非晶質硅酸鋁纖維普通硅酸鋁纖維≤1000高純硅酸鋁纖維≤1100高鋁硅酸鋁纖維（Al2O3含量52-53%）≤1200含鉻硅酸鋁纖維（Cr2O3含量3-5%）≤1200含鋯硅酸鋁纖維（ZrO2含量15-17%）≤1350多晶質氧化鋁纖維≤1500莫來石纖維≤1400氧化鋯纖維≤1600氮化硼纖維≤1500碳化硅纖維≤1800碳纖維≤2500106常把這類纖維稱為耐火陶瓷纖維（Refractoryceramicfibre）簡稱陶瓷纖維（Ceramicfibre）或耐火纖維。它們是由粘土、礬土、Al2O3及硅石等為原料，按要求配料后在電弧或電阻爐中熔化經(jīng)噴吹或甩絲制成纖維。它是一種優(yōu)秀的隔熱材料。廣泛用于各種工業(yè)爐窯上。(1)非晶質硅酸鋁質纖維107硅酸鋁耐火纖維的制造三根電極埋入熔料中，爐溫達到2000℃以上。噴吹法：熔料通過流料口小股流出，經(jīng)高壓蒸汽或壓縮空氣的高速氣流噴吹，成為纖維。甩絲法：也可以讓熔料流到高速旋轉的轉盤上，通過幾個轉盤高速旋轉所產(chǎn)生的離心力將熔體甩成纖維。電阻法連熔連吹成纖工藝示意圖離心甩絲法成纖示意圖108在噴吹法中，通常有兩個噴頭，一個噴管吹出的空氣（稱為一次空氣）將熔體流股吹成小球；第二個噴嘴吹出的空氣（稱為二次空氣）再將小熔體吹成纖維。這二個過程一般在大約0.1秒內完成。如果，第二個過程完成不好，在噴出的熔料中，小球的含量高。這種小球通常稱為“渣球”。除了渣球率以外，熔液的性質、成纖方法、電爐工藝參數(shù)等也對纖維直徑、長度、單絲強度等性質有較大影響。109（a）

熔體的黏度與表面張力

由于成纖過程是熔體先成微徑球再被拉成絲。因而熔體流股的黏度與表面張力對成纖過程及纖維性質有很大影響。黏度大、表面張力小，則纖維變粗，渣球含量多。若黏度小、表面張力大，則熔體易分散，所得纖維細而短，渣球量也多。如果黏度過小或表面張力過大則不能成纖。110噴吹法所制得的纖維的直徑小，通常在2~3μm之間，纖維較短（＜50μm）；甩絲法制得纖維較粗，通常在3~5μm之間，纖維較長。通常細而短的纖維的柔軟性較好，而粗、長的纖維的強度較大。它們在制品的生產(chǎn)過程中各有優(yōu)勢。（b）

成纖方式111玻璃質的硅酸鋁纖維通常不能長期在高于1000℃的溫度下使用。硅酸鋁耐火纖維的性質主要有使用溫度、導熱系數(shù)與強度等。后者包括單纖強度與制品強度等。1.硅酸鋁耐火纖維的析晶與使用溫度硅酸鋁耐火纖維的性質112莫來石在900~950℃范圍內開始結晶析出;方石英在1250~1300℃范圍內開始析出；方石英在1400℃左右逐漸熔入玻璃相中；同時，莫來石的含量幾乎保持不變，但晶粒卻不斷長大。纖維的密度也增大，體積收縮。體積收縮與莫來石晶粒的不斷長大導致纖維的結構發(fā)生變化，強度大幅度降低到不能承受纖維工作應承受的應力，纖維即“粉化”破壞。硅酸鋁纖維析晶和損毀過程

為了提高硅酸鋁纖維的使用溫度應盡可能地阻止莫來石晶體的析出，特別是阻礙莫來石晶體的長大。不同溫度下加熱24h后113Krc-輻射傳熱；Kg-空氣導熱；Ks-纖維導熱；Kk-空氣對流傳熱纖維隔熱材料中的傳熱機理硅酸鋁纖維的導熱系數(shù)II體積密度III纖維直徑IV纖維方向I使用溫度影響因素：114目前市場上主要供應的多晶纖維包括如下三個類型：（1）Al2O3

含量為95%的多晶氧化鋁纖維。以英國帝國公司（I.C.I）最早生產(chǎn)的牌號為“sfaffil”為代表。其化學成分大致為Al2O3

，95%；SiO2，5%。（2）Al2O3

含量為80%的牌號“ALCEN”的多晶纖維。其化學成分大致為Al2O3

，80%；SiO2，5%。（3）美國金剛砂公司最早生產(chǎn)的牌號為“Fibermax”的多晶莫來石纖維。其化學組成為Al2O3，72%；SiO2，28%。(2)晶質耐火纖維（多晶纖維）115與熔化—成纖法生產(chǎn)玻璃質硅酸鋁纖維不同，多晶纖維的生產(chǎn)方式是先