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耐火纤维的分类及使用温度

无机纤维材料分为人造和天然两类。广泛使用的主要为石棉、岩棉、玻璃纤维和耐火纤维等品种。各种纤维隔热材料的分类及使用温度。


  1、硅酸铝质耐火纤维

       硅酸铝质耐火纤维是以耐火粘土熟料为主要原料制成的玻璃纤维与制品。硅酸铝纤维是一种新型优质绝热材料,纤维质地柔软并富有弹性。它具有如下特点:

(1)密度小。一般在0.08-0.16g/cm3范围内。

(2)热导率低。一般为0.033-0.058W/m.K)。影响其热导率大小的,除了密度和温度外,还有气氛。在空气中,热导率λ与温度tp之间不再是直线关系,可用下式表示:λt=1.163AexpB.t

式中  λt-温度为t时的热导率;

      A,B-常数,对于硅酸铝纤维:

                               A=0.1-0.4p+0.7p2

                               B=1.9×10-3-2×10-3p

(3)使用温度高。最高使用温度可达1260℃,长期使用温度为950-1050℃。

(4)化学稳定性好。硅酸铝纤维含碱量极低,抗蒸汽、抗水、抗油能力强,除了氢氟酸、磷酸和强碱外,其他的酸碱对它的侵蚀作用很小。

(5)热稳定性好。硅酸铝纤维在温度剧变的情况下,也不发生剥落解体现象,炉子安装完毕即可投产。

(6)施工方便。可用粘结剂直接粘贴,结合力强,不易脱落(粘贴剂必须满足使用温度要求)。

硅酸铝质耐火纤维是目前发展最快,高温工业炉窑上应用最多的耐火纤维。主要品种有普通硅酸铝质纤维,高纯硅酸铝质纤维,含铬硅酸铝质纤维和高铝质纤维等。

  2、硅酸铝质纤维制品

(1)纤维棉。纤维棉是加工制成带、板、毯、毡、纤维块和纤维喷涂料、捣打料及纤维浇注料的原料。也可直接作高温炉窑绝热纤维充填料。

       纤维棉的纤长短不一,为松散状。体积密度小,热导率很低而且充填性能好。其主要性能如表:

(2)纤维毡。纤维毡为纤维交错粘压而成具有一定强度的纤维制品。纤维毡可制成高温板材,施工时不必留膨胀缝,施工使用都方便。毡的宽度为600-900mm,也可增大到1200mm,可以板状或圆筒状使用,也可根据施工要求确定尺寸。

(3)湿纤维毡。纤维毡用胶状铝质或硅质无机结合剂浸泡,装入塑料袋,使其呈湿润状态贮存。按施工需要剪裁、切割成各种形状应用。

(4)纤维带。采用加5%-10%有机结合剂或加入无机结合剂,将纤维制成条带状制品。加入有机结合剂时制品能保持其强度和绕曲性,而加无机结合剂时,制品绕曲性能差。

  3、硅酸铝质耐火纤维的性能

       A化学组成

       我国生产硅酸铝质耐火纤维的化学组成。

       B耐火度及使用温度

       硅酸铝质耐火纤维的耐火度多数可达1700℃以上。

       硅酸铝质耐火纤维的主要化学组成为Al2O3SiO2,矿物组成玻璃质。这个玻璃质为高铝玻璃和高硅玻璃两分相相对独立存在和互相穿插的结构。因此,在空气中长期加热的条件下,于900℃开始有莫来石晶体的析出。耐火纤维的析晶现象,随温度的升高而增加,与此同时,莫来石晶体长大。因此使得纤维弹性和强度下降,体积产生收缩,致使纤维粉化剥落。

      硅酸铝质耐火纤维这种从非晶态的相变过程,造成其性能发生突变性降低。所以,长期安全使用的最高温度为900℃。短期使用时,普通硅酸铝质纤维不超过1000℃,高纯硅酸铝质纤维不超过1100℃,高铝质和含铬质纤维不超过1150-1200℃。实际上硅酸铝纤维材料的使用温度不仅仅与材料的化学成分有关,而且与使用气氛、燃料和环境条件密切相关。

      C硅酸铝质纤维的导热性

      纤维制品为固态纤维与空气组成的混合结构,空隙率达90%以上。大量低导热能力的空气充满空隙,破坏了固相分子的连续网络结构。因此,耐火纤维制品的导热能力低,保温性能好。耐火纤维制品中的导热过程包括固体纤维的导热和空隙中气体的导热,以及空隙内气体的对流换热和孔壁间的辐射传热。实际上耐火纤维的热导率是综合传热效果的总和。影响耐火纤维制品的热导率的因素还有体积密度、纤维方向、温度、炉内气氛等。

      由于耐火纤维制品中三种传热方式同时存在,空隙率比较高,因此,一般热导率受辐射热影响较大,并随温度升高而增大。

      耐火纤维的热导率与体积密度的关系。

       一般热导率随体积密度增大而降低,但降低的幅度逐渐减小,以致当体积密度超过一定范围后,热导率不再降低,反而有增大的趋势。实际上这种变化规律受到制品的空隙率、气孔大小及气孔性质的影响。当体积密度小时(0.01-0.08g/cm3),制品内的气体对流换热及辐射传热量增加,使得热导率随体积密度的减小而呈指数关系增大。当体积密度大于0.096g/cm3时,耐火纤维制品内闭口气孔比例增加,热传递过程以导热为主,热导率随体积密度的增加而降低。当体积密度达0.24-0.32g/cm3时,固体纤维之间直接接触点增加,所以随着体积密度的增加,热导率的增大的趋势。因此,耐火纤维的选用,有一个最佳体积密度范围,一般为0.1-0.16g/cm3.此时,耐火纤维的热导率最小。

       炉内气氛对耐火纤维热导率有较大的影响。如在N2含量为50%H2含量为50%的气氛中耐火纤维的导热率几乎要比空气中大1倍;在含H2100%的气氛中,比在空气中大2倍左右。因此,在相同条件下,含氢炉气的炉衬要比空气中的厚一倍左右,才能达到同等的绝热效果。

       耐火纤维制品用作层铺式炉衬时,纤维方向与热流同向,热导率主要取决于制品的导热能力;采用叠砌式炉衬时,纤维方向与热流方向垂直,辐射热量增加,在相同条件下较层铺式炉衬热导率大20%-30%。

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