發(fā)展隔熱耐火材料的意義及前景

關(guān)海蘭

（陽泉市綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心/國家硅鋁質(zhì)耐火材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（山西），山西 陽泉 045000）

1 隔熱耐火材料概述

隔熱耐火材料是指導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量都比較低的耐火材料，因其高于45%的氣孔率和低于1.5 g/cm3的密度也被稱為輕質(zhì)耐火材料。隔熱耐火材料是重要的高溫工程材料，對(duì)于提高鋼鐵、有色金屬、建筑以及其他窯爐等主要能源消耗行業(yè)的能效具有重要意義。鋼鐵行業(yè)“消耗”了中國10%以上的能源，工業(yè)窯爐每年也會(huì)消耗大量的能源，特別是在冶金、建筑材料、陶瓷、玻璃、化學(xué)和機(jī)電制造的熱處理過程中，能源消耗量都很大。通常情況下，不同工業(yè)爐中的熱量損失非常大（見表1），能量利用率低于30%，因此具有巨大的節(jié)能潛力。

表1 工業(yè)窯爐的熱效率

2 隔熱耐火材料的分類

隔熱耐火材料根據(jù)其使用溫度、體積密度、生產(chǎn)方法、原料和使用方法的不同分為五大類，具體如表2所示。隔熱耐火材料不同于普通致密耐火材料，輕質(zhì)隔熱耐火材料的明顯特點(diǎn)就是氣孔率比較高，大部分都高于45%，并且氣孔孔徑比較粗大；而普通致密耐火材料是燒結(jié)相對(duì)徹底的耐火產(chǎn)品，其氣孔率不到20%，且有較小的氣孔孔徑，例如：黏土磚的孔徑在2～60μm之間，硅磚的孔徑在19～21μm之間，鎂磚的孔徑在26～28μm之間。輕質(zhì)隔熱耐火磚的種類與特點(diǎn)如表3所示。

表2 隔熱耐火材料的分類

表3 輕質(zhì)隔熱耐火磚的種類與特點(diǎn)

耐火纖維主要有耐高溫及耐腐蝕性兩大特點(diǎn)，這兩點(diǎn)是普通纖維不能比擬的。它特定的纖維狀結(jié)構(gòu)，使其不僅柔軟而且還有一定的抗拉強(qiáng)度和彈性。經(jīng)過進(jìn)一步加工，可以加工成很多種實(shí)用型制品，比如紙張、毯、線等，也可用作爐襯。它作為爐襯具備以下優(yōu)點(diǎn)：不需要接觸高速氣流和熔渣，可以直接與火焰觸碰；密封性和隔音、過濾效果好；廣泛應(yīng)用于航空、建造業(yè)等工業(yè)部門。不同材質(zhì)耐火纖維的最高使用溫度如表4所示。

表4 不同材質(zhì)耐火纖維的最高使用溫度 ℃

3 發(fā)展隔熱耐火材料的意義

一般工業(yè)爐的熱損失主要包括：爐體表面各部位散失的熱量；爐體的蓄熱損失；水冷損失的熱量；結(jié)逢、孔眼和爐門等密封不嚴(yán)的部位泄漏損失的熱量；排煙代走的廢熱損失。爐體的表面熱損失與工業(yè)爐的種類及保溫隔熱耐火材料的利用有關(guān),可高達(dá)產(chǎn)品單位能耗的10%～40%[1]。對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的窯爐，一般情況下，因其運(yùn)行很長時(shí)間才需要進(jìn)行維護(hù)，蓄熱損失并不重要；但對(duì)于不持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的窯爐，選擇的材料不合理就會(huì)造成很大的熱損失，損失量依據(jù)爐體本身的各種指標(biāo)而定，一般可高達(dá)5%～25%。為了降低爐體的熱損失，可以充分利用低導(dǎo)熱系數(shù)、較小熱容量的輕質(zhì)耐火材料，尤其推薦使用新的耐火纖維材料，這樣可達(dá)到降低能源消耗的效果。表5為隔熱耐火材料在工業(yè)窯爐節(jié)能中的作用。由此可見，隔熱保溫材料是極具發(fā)展空間的高效節(jié)能材料。

表5 隔熱耐火材料在工業(yè)窯爐節(jié)能中的作用

4 隔熱耐火材料的發(fā)展前景

20世紀(jì)90年代末，隔熱保溫材料技術(shù)在中國開始發(fā)展，現(xiàn)在隔熱保溫材料在國內(nèi)的發(fā)展已相對(duì)成熟，并被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)品類型多達(dá)20多種。比如，粉粒狀保溫隔熱耐火材料（漂珠隔熱材料）用于制造航天飛機(jī)用的隔熱保護(hù)層材料，與耐火纖維材料相比，漂珠隔熱制品的使用壽命長、不老化、不脫落，漂珠隔熱材料的原料來源豐富、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、能耗少，其能耗僅為傳統(tǒng)輕質(zhì)磚的1/2、耐火纖維的1/20。不言而喻，隔熱保溫材料已經(jīng)迎來了全面應(yīng)用的時(shí)代。目前，世界各國對(duì)低碳經(jīng)濟(jì)和環(huán)保相當(dāng)重視，在自然資源越來越緊缺的大背景下，我們必須順應(yīng)形勢(shì)，不斷加強(qiáng)原料的開發(fā)創(chuàng)新，積極推進(jìn)相關(guān)基礎(chǔ)研究工作的進(jìn)一步發(fā)展，加大力度調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高隔熱耐火材料行業(yè)的集中度，從而有效提升原料利用率，并可利用新型技術(shù)開發(fā)出更有價(jià)值、滿足更多需求的新型隔熱保溫材料。隨著新型隔熱耐火材料的進(jìn)一步研發(fā)，我國未來的隔熱材料產(chǎn)業(yè)必定會(huì)迎來新的發(fā)展空間和機(jī)會(huì)，前景一片向好。