陶瓷纤维的节能和效果

    近年来陶瓷纤维在高温烧成窑炉方面的应用前景日益扩大，以陶瓷纤维制成的耐火毡、毯类制品，最高使用温度可达到1649℃。它以隔热效果好，使用简便，特别是蓄热小等特征，普遍采用于各式窑炉中，大大显示出很高的节能效率。

    （１）品种与性能：陶瓷耐火纤维最重要的指标是纤维的直径与热稳定性。陶瓷工业中常用的是al2o3sio2纤维，根据al2o3的含量高低分为不同的使用范围，也在其中引入cr2o3材料以提高其耐火与抗氧化特性。一般氧化铝含量高、氧化铁等杂质含量低的纤维制品呈纯白色、引入氧化铬的纤维呈销带奶黄调的颜色。陶瓷纤维的平均直径为22—33微米。纤维细、密度小、导热率低者使用温度高。若纤维粗、密度大时使用效果不理想。纤维的热稳定性指标更为重要。al2o3－sio2纤维各种产品在1260℃的线收缩范围为35—88％之间。收缩量也直接影响到热稳定性。由于纤维导热率低、密度小、重量轻，在设计建造窑炉时均采用较轻的钢架支撑结构，从而使陶瓷窑炉的发展进入“窑炉轻量化”时代。纤维蓄热小、适应快速升温、冷却烧成方式。纤维有柔性可加工成带凹槽或开口的制品，且具有良好的抗机械震动与冲击的能力，化学稳定性也较好，这些优点为新型窑炉的发展，并波及到陶瓷工艺、行业的发展产生重要的推动作用。

    目前哈尔滨耐火材料厂家陶瓷纤维制品有：毡、毯、砌块、散状纤维、纤维纸及真空成型的各种制品，工作范围一般在871—1427℃，特殊情况下可短期在极限温度以上的高温下使用。 散状纤维分清过渣或未清过渣两种：加润滑剂或未加润滑剂者；长、短纤维掺合一起者等。几种纤维亦可掺合使用。未经清渣纤维价格最便宜，可用于填充接缝处的填料。加入润滑剂的纤维制品便于操作施工，粉尘小。安装纤维时散入空气中的粉尘虽无很大毒害，但会导致皮肤发痒或刺痛咽喉，故在施工时要注意防护。

    （２）砌筑方法与注意事项：耐火纤维毡、适用于窑炉内衬可大大提高节能效率。一般使用有机粘合剂使纤维卷合成筒形或薄板形织物。窑炉内壁采用高温轻质耐火砖砌筑后，可用陶瓷纤维耐火毡粘贴成内衬，经烧成后，纤维毡或板形成一定的刚性并具有令人满意的回复能力，冷却时能弹回使接缝绷紧。 砌筑纤维通常有两种方法：一是将毡毯一层一层敷贴，再用栓杆铆接起来，一般在1222℃以下采用耐温金属栓杆，1223℃以上采用陶瓷质铆接件。靠热面一端用散状纤维和耐热水泥填充。采用陶瓷质铆接件还可防止因碳素沉积引起的纤维变质。第二种方法是采用预制组合件、即用毡毯堆叠而成的预制件或用宽305mm的毡毯折叠成手风琴式的预制件。两者相比，后者因紧挨炉壳到热面均为同样材料，节能效率更高、但成本较高。 温度升高时，纤维预制件砌筑形成的接缝需用有伸缩性的纤维镶嵌。用预制组合件安装方便、迅速且维修方便，只需将损坏部分替换下来。

就热效率来说，层层敷贴方式明显优于预制组合件。因为前者的纤维方向垂直于热流，堆叠形的预制组合件纤维方向平行于热流，两者的导热量差值约为20—40％，如手风琴状折叠的预制组合件则介于两者之间，它的纤维方向对于热流既平行又垂直。

    （３）发展前景展望：由于能源价格不断上涨，燃料成本将会成为扼制陶瓷业发展的瓶颈，节能愈加重要。人们对窑炉热损失愈来愈关心，有的直接在原有耐火内衬表面加贴一层耐火陶瓷纤维以提高热效率。在加贴前必须将窑壁上明显的裂纹或剥落部位修复好。不过隔热耐火砖与耐火纤维也不能任意滥用。迄今为止如碱性吹氧炼钢炉、水泥回转窑等内衬，由于高温化学侵蚀严重，都暂时不能用纤维作内衬。 对于连续加热设备如陶瓷隧道窑，早已实现了采用耐火陶瓷纤维用作连续加热设备的内衬，据有关资料报道，快速推板窑与隧道窑中采用耐火陶瓷纤维节能效果都很显著。尤其是超高温加热，如烧成温度在1538℃—1649℃的窑炉中，采用耐火纤维的节能效果最佳。

    目前，欧美及日本的陶瓷窑炉设备全部采用陶瓷纤维内衬。不久前日本将燃气隧道窑分解为诸如车厢结构进行分节制造、然后再运抵瓷厂施工现场组装，这一切都是由于采用陶瓷纤维材料，大大节省了窑炉造价，更简便的缘故。从材质改型方面推进陶瓷纤维制品节能效果的研究也正在进行中。

    耐火材料是硅酸盐学科的一个分支，硅酸盐材料一般分为：水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料。而耐火材料从使用的角度来分又可分为：冶金工业用耐火材料、水泥行业用耐火材料、玻璃行业用耐火材料和其他耐火材料。其中陶瓷用耐火材料归为其他耐火材料，建筑卫生陶瓷属于陶瓷的一个分支，因而建筑卫生陶瓷用耐火材料理所当然的归为其他用耐火材料一类了。理论上讲，耐火材料又有定型耐火材料和不定型耐火材料之分，但一般不定型耐火材料多用于水泥、冶金窑炉，而玻璃行业和陶瓷行业用量不大，因而我们在讨论陶瓷用耐火材料的时候习惯性不讨论不定型耐火材料，但要强调的是，不定型耐火材料尤其是耐火骨料、耐火浇注料和耐火材料的胶凝剂等对部分陶瓷窑炉的施工起到不可估量的作用，不讨论不是不重视而是为了更好的重视，有可能的话笔者会对陶瓷行业的不定型耐火材料和体系专门进行讨论。

　　1、建筑卫生陶瓷行业

　　用耐火材料的组成体系

　　建筑卫生陶瓷行业包括建筑陶瓷、卫生陶瓷、原辅材料(釉料、熔块、色釉料等)，其所用的耐火材料千差万别，有效的归类这些耐火材料从而进行讨论很为必要。一般而言，不固定的区分窑炉而从耐火材料的材质方面进行讨论比较好入手，本文亦是遵从这一原则来进行建筑卫生陶瓷用耐火材料的讨论。

　　建筑卫生陶瓷用耐材有窑炉用耐材和窑车用耐材及其他耐材。

　　窑炉用耐材包括窑炉的墙体和萱顶，一般分内外三层，内层为轻质保温棉、毡、板等，中层为重质或轻质保温砖，外层以红砖或低温保温砖为主。内层的轻质保温层近几年发展比较迅速，以低温莫来石纤维为主，兼顾了高温莫来石纤维、高铝莫来石纤维、含锆莫来石纤维等，温度从1200℃~1600℃的各个体系。在纤维制成工艺上采用了拉丝、甩丝、喷吹等工艺。内层也有用轻质莫来石、高铝等轻质砖或者板，以轻质氧化铝、莫来石等空心球砖为主体。中层的重质材料仍然采用低铝高硅、高铝低硅、莫来石与堇青石、焦宝石与莫来石等材料制成的重质材料为主。外层的低温耐火材料主要以铝矾土、焦宝石、粘土等制作而成，相对铝含量偏低，耐温性能较差但价格较低。

　　窑车用耐火材料有窑车面、窑车支架、承烧板、匣钵等，除过组成窑车的基本架构面材料外，其余的材料统称为窑具材料。窑车用耐火材料和窑炉的墙体材料基本相同。窑具材料根据不同的情况有莫来石、高铝莫来石、堇青石、莫来石—堇青石、SiC、氧化物结合碳化硅、氮化硅结合碳化硅等。除过上述材料外，现代陶瓷窑炉不能忽略的是辊道窑的陶瓷棍棒，现在的陶瓷棍棒有氧化铝质、石英质、氮化硅质、渗硅碳化硅质、再结晶碳化硅质、氮化硅结合碳化硅质等。建筑卫生陶瓷辊道窑所用的棍棒以高铝质为主。

　　2、各种耐火材料的发展过程和现状分析

　　2.1、哈尔滨耐火材料厂家轻质耐火材料

　　轻质耐火材料是指气孔率高、体积密度小、热导率低的耐火材料。在工业窑炉和其他热工设备上用作隔热材料。与一般耐火砖比较，抗渣蚀性、力学强度、耐磨损性较差，高温下体积收缩较大等。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/厘米3的为轻质砖;低于 0.3克/厘米3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。

　　轻质耐火材料在现代陶瓷窑炉中应用最为广泛，主要因为其质轻、施工方便等特点，操作起来比较容易。建筑卫生陶瓷隧道窑、辊道窑、和其它陶瓷行业常用的推板窑等一些长形窑炉，由于有预热带、烧成带、保温带、冷却带等，根据不同段的不同温度合理使用轻质耐火材料对窑炉的节能尤其重要。

　　轻质耐火材料近几年发展迅速，尤其以轻质莫来石砖、高铝莫来石砖、莫来石纤维和高铝莫来石纤维等发展较快，为建筑卫生陶瓷的窑炉节能提供了必要的材料保障。

　　轻质耐火材料最早以轻质粘土砖为主，由于耐温性能有限，只能用到温度比较低的窑炉内使用，上世纪九十年代后期莫来石、氧化铝熔融喷吹技术逐渐成熟从而开发了空心球砖，近几年来耐火材料发泡工艺的成熟又开发了发泡型轻质耐火材料，使耐火材料的热导率大大降低，形成了隔热性轻质耐火材料。本世纪初，耐火纤维技术发展较快，耐火纤维的压成板、毡等定型材料工艺逐步完善且耐火纤维的温度不断提高，形成了目前的耐火纤维隔热材料系列产品。

　　2.2、哈尔滨耐火材料厂家重质耐火材料

　　重质耐火保温砖基本有以下几个品种：

　　1.酸性砖：硅砖(SiO2)，耐火粘土砖(SiO2+Al2O3)

　　2.中性砖：高铝砖，铬砖(Cr2O3+Al2O3，MgO，FeO)

　　3.碱性砖：镁砖，铬镁砖，白云石砖

　　4.特种砖：尖晶石砖，锆英石砖，氧化锆砖，碳砖，碳化硅砖，其他砖。

　　陶瓷窑炉最早用耐火材料以重质砖为主，随着轻质隔热耐火材料的不断完善，重质砖基本上在建筑卫生陶瓷的隧道窑、轨道窑等除非有特殊需求外不再使用。而在耐腐蚀的窑炉如熔块窑、做色料的梭式窑、回转窑等领域仍然使用重质耐火材料。目的是为了不至于掉渣、抗腐蚀强度好。特别是熔块窑，物料直接和耐火材料接触，更应该谨慎选择重质耐火材料，尤其是材质、密度和导热系数等。这类窑炉的特点恰恰和隧道窑、轨道窑相反，一般重质耐火材料在内层而重质耐火材料和保温材料在中外层。

　　重质耐火材料的发展是随着我国的冶金工业发展而发展的，第一次大力发展起始于上世纪五十年代，得益于前苏联对我国钢铁工业的扶持。第二次大力发展在上世纪九十年代，随着改革开放和市场经济的繁荣，我国的钢铁企业迅速发展和其他冶金的进步重质耐火材料也得到了高速发展。陶瓷窑炉用重质耐火材料与玻璃工业类似，主要以酸性砖、中性砖和部分特种砖为主，选砖的依据主要根据窑炉的烧成温度、气氛和熔融材料的腐蚀性、酸碱性等决定。

陶瓷纤维