轻质耐火材料生产工艺及应用

      轻质耐火材料也称为隔热耐火材料和绝热耐火材料，是指显气孔率高、体积密度小、热导率低，具有绝热性能的耐火材料。它包括隔热耐火制品、耐火纤维和耐火纤维制品。轻质耐火材料是晶相、非晶相等固相和气相的多相结合体。其中的固相大多数是非金属氧化物，相对来说这些非金属氧化物本身的导热系数很高，但有着较高的耐火度，不起隔热作用。由于气体存在于固相内的气孔中，气体的导热系数很低，空气在0℃时导热系数为0.023W/m·℃，常温下导热系数小于0.03W/m·℃，500℃是为0.06W/m·℃。因此由固相与气相构成的先气孔率很高的轻质耐火材料具有很好的隔热效果，而充满气体的散状材料或纤维状材料具有良好的隔热作用。
一、轻质耐火材料的主要特点
      作为耐火材料的一种，轻质耐火材料也有着一定的高温力学性能和良好的体积稳定性，是各种高温热工设备必需的材料。与致密耐火材料相比，充满气体的轻质耐火材料其显气孔率高、体积密度小、具有良好的绝热性能，对热量起到屏蔽的作用。因此，轻质耐火材料的主要特点是：
1、显气孔率高
      衡量轻质耐火材料质量的一个主要性能指标是显气孔率。气孔是由耐火材料原料中的气孔和成型后颗粒间的气孔构成的。可分为三种类型：封闭在制品中不与外界相通的闭口气孔；一端封闭，另一端与外界相通的开口气孔；贯通制品内部，两端都与外界相通的贯通气孔。显气孔率是指耐火材料中的气体体积与材料总体积之比。致密耐火材料的显气孔率一般都小于20%，轻质耐火材料的显气孔率很高，一般为65~78%。
2、体积密度小
      体积密度是指干燥制品质量与总体积之比。轻质耐火材料的体积密度很小，不超过1.3g/cm³，目前工业上常用的轻质耐火材料体积密度为0.5~1.0g/cm³。耐火材料的体积密度可以体现制品中显气孔率的多少，它是判断制品烧结程度的手段，标志着耐火材料的密实程度。在轻质耐火材料生产中，为了提高显气孔率、降低导热系数，要想办法降低制品的体积密度。
3、导热系数低
      导热系数的物理意义是：单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量。它是轻质耐火材料质量的重要性能指标，也是热工设计中的重要指标。它间接体现了制品的显气孔率和体积密度。对于耐火材料制品，导热系数越低，显气孔率越大。轻质耐火材料的导热系数很小，大多小于1.26W/m·℃。
4、耐压强度低
      轻质耐火材料由于显气孔率大，体积密度低，晶体间没有形成致密的连接。因此相对于致密耐火材料，其耐压强低，耐磨性能差。
      轻质耐火材料由于导热系数低，可以降低工业窑炉砖砌体的热损耗，节省燃料消耗，提高生产效率。但由于制品的显气孔率大，组织结构疏松，抵抗化学侵蚀能力差，轻质耐火材料只能用于热工设备的隔热层、内衬和保温层等部位。而一般不宜用在与炉料直接接触的炉膛和承重较大的部位。
      综上所述，轻质耐火材料的特点标志着它是热工设备和阻挡热量损耗的必须材料。随着工业的发展和科技的进步，大型、连续、高效率的先进设备的投产，使轻质耐火材料的发展向着使用温度高、低导热率、耐侵蚀性能好、高强度的目标发展。随着全球范围内的能源日趋紧缺，轻质耐火材料在节能方面显得更加突出。
二、轻质耐火材料的造孔工艺
      气孔的形成是轻质耐火材料在生产工艺中至关重要的一个环节。气孔的大小、形状、生成量的多少以及分布情况等直接影响制品的质量。形成气孔的方法很多，在我国耐火材料工业生产中主要采用化学法，泡沫法和可燃物加入法。
1、化学法
      化学法是指在坯料中添加一些可以通过化学反应产生气泡的物质。这种方法由于反应迅速，气泡生成不宜控制，要根据工艺要求加入适量抑制剂。
2、泡沫法
      泡沫法是在泥浆中加入起泡剂，与化学法类似，泡沫法产生的气泡稳定性不好，要加入固定剂控制。
      所谓泡生法生产轻质砖，是以表面张力小的物质加入泥浆中使之起泡沫，浇入模型，再同模型一起干燥，然后再一定温度下烧成，然后加工整形即为制品，大多数粘土、高铝轻质品都可用这种方法生产。
3、可燃物加入法
      可燃物加入法是指在泥料中加入可以燃尽的物质。这些加入物在耐火材料经高温合成时被燃烧掉，产生气孔。但此方法有着制品坯料强度低，成品易变形等缺点，需要控制合成工艺来克服。
      在用掺入可燃加入物方法时，可燃加入物应具有较高的挥发性及可燃性；应能生成细小的均匀气孔；还应具有较小的弹性，以便于成型。
三、轻质耐火材料的应用
       轻质耐火材料作为窑炉、锅炉、热工容器等设备的重要组成部分，在工业上应用十分广泛。由于轻质耐火材料显气孔率高的特点，使其在高效节能，降低热损耗方面占据着不可取代的位置，但其制品显气孔率高亢化学侵蚀性能差，人不能直接与燃料接触。到目前为止，轻质耐火材料还是多用于高温设备的保温层。

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