陶瓷纤维的耐火性能和发展前景

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，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。