隔热耐火材料是指具有高孔隙率、低堆积密度和低导热系数的耐火材料，又称轻质耐火材料。包括隔热耐火制品、耐火纤维和耐火纤维制品。按使用温度可分为：低温隔热耐火材料，使用温度低于900℃，例如硅藻土隔热砖、膨胀硅石制品、硅钙板、膨胀珍珠岩制品等；中温隔热耐火材料，使用温度为900～1200℃，例如粘土隔热耐火砖、硅酸铝耐火纤维等；高温隔热耐火材料，使用温度大于1200℃，如高铝隔热耐火砖、氧化铝隔热耐火砖、硅质隔热耐火砖、氧化铝空心球砖、氧化锆空心球砖、高铝耐火纤维、多晶耐火纤维（多晶氧化铝纤维、多晶氧化锆纤维、多晶莫来石纤维）等。
隔热耐火材料的生产主要采用能够形成多孔结构的工艺方法，例如轻质原料法、烧结法、发泡法和化学法。非晶态耐火纤维，如硅酸铝耐火纤维、高铝耐火纤维等，通常采用熔融法生产。多晶态耐火纤维，如莫来石纤维、氧化铝纤维等，则采用胶体法生产。
隔热耐火材料的主要特点是孔隙率高（一般在45%以上）、堆积密度低（一般不超过1.5g/cm³）、导热系数低（大多小于1.0W/(m·K)）。它主要用于工业炉的隔热，不仅可以减少炉子的热量损失，还可以减少炉子的蓄热，从而达到最佳的节能效果，并减轻热力设备的重量。与普通耐火砖相比，隔热耐火材料的抗渣腐蚀性、机械强度和耐磨性较差。因此，它不适用于窑炉的承重结构以及与炉渣、炉料、熔融金属等直接接触的部件。
绝缘耐火材料的分类方法
隔热耐火材料是指孔隙率不低于45%的耐火材料。其主要特点是孔隙率高、体积密度低，导热系数低、比热容小，隔热性能好，具有良好的保温和耐热性能。可用作各种热工设备的保温层，部分产品也可用作工作层，是建造各种窑炉的节能材料。以隔热耐火材料替代普通致密耐火材料作为炉体材料，可减少40%～50%的蓄热和散热损失，尤其适用于间歇式热工设备。
绝缘和耐火产品种类繁多，根据使用温度、体积密度和产品形状，一般可分为三类。
（1）按体积密度分类。体积密度为0.4~1.3g/cm3的为轻质砖；体积密度小于0.4g/cm3的为超轻质砖。
（2）按工作温度分类。低温绝缘材料使用温度为600~900℃；中温绝缘材料使用温度为900~120℃；高温绝缘材料使用温度超过1200℃。
（3）按产品形状分类：一是成型轻质耐火砖，包括粘土、高铝、硅和一些纯氧化物轻质砖；二是未成型轻质耐火砖，如轻质耐火混凝土。
隔热耐火材料的生产方法与一般致密材料的生产方法不同。其生产方法有很多种，主要包括焚烧法、泡沫法、化学法和多孔材料法。
1）烧料添加法。又称添加可燃物法。在制砖泥中加入易燃的可燃物，如木炭、锯末等，使砖坯烧制后具有一定的孔隙。
2）浸泡法。在制砖用黏土中加入松香皂等发泡剂，通过机械方法使其发泡。烧制后，即可得到多孔产品。
3）化学方法。利用能够适当产生气体的化学反应，在制砖过程中获得多孔产品，通常是白云石或方镁石加石膏，以及硫酸作为发泡剂。
4）多孔材料法。采用天然硅藻土或人造粘土泡沫熟料、氧化铝或氧化锆空心球等多孔原料制成轻质耐火砖。
采用导热系数低、热容小的隔热耐火材料作为炉体结构材料，可以节约燃料消耗，提高设备生产效率，减轻炉体重量，简化炉体结构，提高产品质量，降低环境温度，改善工作条件。隔热耐火材料主要用作窑炉的隔热层、衬里或保温层。
1. 氧化铝绝缘耐火砖
氧化铝隔热耐火砖以熔融刚玉、烧结氧化铝和工业氧化铝为主要原料，制成具有强酸碱性、抗还原性和良好抗热震性的隔热耐火产品，可在1700℃以下长期使用。其生产工艺采用发泡法和焚烧添加剂法两种方法。发泡法生产的产品具有结构均匀、导热系数低、隔热性能好等特点。
氧化铝隔热耐火砖具有重量轻、抗压强度高、导热系数低、重烧后体积收缩率小、抗热震性好等优点，可用于高温热工设备或直接与火焰接触的炉窑的隔热层，以及精密热工设备的工作衬里，但不适用于直接接触炉液和熔渣的腐蚀性场所。在还原气氛中使用时稳定性更高。使用温度取决于产品纯度，一般可达1650~1800℃。此类产品的典型理化指标见表3-105。
2. 高铝隔热耐火砖
高铝隔热耐火砖是以主要原料为原料，铝含量不低于48%的隔热耐火材料。高铝隔热耐火砖主要以铝土矿为原料，辅以粘土，并加入粘结剂和锯末等材料。为提高产品性能，通常添加工业氧化铝、刚玉、硅线石、蓝晶石和二氧化硅等细粉。这些细粉可制成不同堆积密度和最高使用温度的产品。通常使用温度为1250~1350℃，部分产品最高可达1550℃。
高铝隔热砖大多采用发泡法生产，产品体积密度为0.4～1.0g/cm³，也可采用焚烧添加剂法生产。高铝隔热耐火砖的理化指标如表3-106所示。
高铝隔热耐火砖可用于建造隔热层和部件，且不易被高温熔融物腐蚀和冲刷。一般高铝隔热耐火砖与火焰直接接触时，表面接触温度不应高于1350℃。莫来石隔热耐火砖可直接与火焰接触，具有耐高温、强度高、节能效果显著等特点，适用于热解炉、热风炉、陶瓷辊窑、电瓷抽屉窑及各种电阻炉的炉衬。氧化铝含量为82.4%的刚玉-莫来石隔热耐火砖可用于1550℃的炉衬。
3. 粘土基隔热耐火砖
粘土基隔热耐火砖是以耐火粘土为主要原料，添加浮珠和耐火粘土熟料，并加入粘结剂和锯末，经混合、搅拌、成型、干燥和烧制等工序制成，氧化铝含量为30%～48%的隔热耐火产品。其堆积密度为0.3～1.5g/cm³，产量占隔热耐火砖总量的一半以上。
粘土隔热耐火砖常用的生产工艺是浮珠烧制法，也可以采用泡沫法。粘土隔热耐火砖的物理指标见表3-107。
粘土基隔热耐火砖应用范围广泛，主要用于热力设备和工业窑炉中。适用于不会被高温熔融物腐蚀和冲刷的部件。某些与火焰直接接触的表面涂覆耐火涂层，可以减少炉渣和炉气粉尘的侵蚀，降低损坏。该产品的工作温度不超过回流管线的测试温度。粘土隔热砖属于一种多孔轻质隔热材料，其孔隙率在30%至50%之间，隔热性能较差，但机械强度和耐腐蚀性良好。
4. 硅酮绝缘耐火砖
硅质隔热耐火砖以二氧化硅为主要原料，二氧化硅含量低于91%的隔热耐火产品。除隔热性能外，硅质耐火砖在很大程度上保留了硅砖的特性。其装料软化起始温度高，加热过程中体积膨胀较小，从而增强了窑炉的整体性。
按照中国冶金工业标准YB386-1994规定，工业炉用硅质隔热耐火砖GGR-1.20级的性能如下：堆积密度不大于1.2g/cm3，室温抗压强度不小于5MPa，0.1MPa荷载下软化起始温度不小于1520℃，SiO2含量不小于91%。
本产品适用于工业窑炉内衬或隔热层，但不得直接接触高温熔融物或腐蚀性气体。砌体的工作温度不得超过1550℃。
由于二氧化硅粉尘的存在，二氧化硅基隔热耐火砖对人体危害更大，而且其生产过程比粘土和高铝隔热耐火砖更为复杂，在隔热耐火材料的总产量中所占比例也较小。
5. 硅藻土绝缘耐火砖
硅藻土保温砖是以硅藻土为主要原料制成的保温耐火材料。硅藻土保温砖具有细密闭孔、高孔隙率、良好的保温性能，但机械强度较低，尤其受潮后强度会显著下降。其主要化学成分为二氧化硅（SiO₂），其次是氧化铝（Al₂O₃），以及铁、钾、钠、钙、镁等氧化物等杂质。
硅藻土保温砖的物理指标如表3-108所示。硅藻土保温砖产品耐热性较差，耐火度仅约1280℃，因此使用温度不高，只能用于900℃以下的保温层。
6. 膨胀珍珠岩产品
膨胀珍珠岩制品是以珍珠岩为主要成分的隔热耐火材料。它是以膨胀珍珠岩为骨料，加入适量的水泥、水玻璃、磷酸盐等，经搅拌、混合、成型、干燥、焙烧或养护等工序制成的隔热产品。膨胀珍珠岩的密度相对较小，一般仅为40~120g/cm³；耐火度不高，一般为1280~1360℃。不同粘结剂的膨胀珍珠岩制品最高使用温度有所不同，通常低于1000℃。
根据国首页标准中产品的堆积密度，膨胀珍珠岩产品分为200、250、300和350kg/m³⁴四个等级。根据所用水泥的类型，又分为水泥基膨胀珍珠岩产品、水玻璃基膨胀珍珠岩产品、磷酸盐基膨胀珍珠岩产品和沥青基膨胀珍珠岩产品。
7. 膨胀蛭石产品
膨胀蛭石制品是以膨胀蛭石为主要原料的隔热耐火材料。其生产过程以一定粒径的膨胀蛭石为骨料，加入外加剂和粘结剂，按一定比例与水混合，经成型、干燥、焙烧或养护等工序制成隔热产品。不同堆积密度、外加剂和粘结剂的膨胀蛭石制品具有不同的最高使用温度，通常用于1000℃以下的隔热层。膨胀蛭石制品种类繁多，通常根据所用粘结剂和骨料的类型进行分类。按粘结剂分类，可分为有机粘结剂产品、无机粘结剂产品和有机无机复合粘结剂产品；按骨料类型分类，可分为单骨料产品、多骨料产品和外加剂产品。
膨胀蛭石导热系数低、强度低且不防水，因此其应用受到很大限制。若使用高强度胶凝材料将膨胀蛭石粘结成成品，则成品强度会高于膨胀蛭石本身，且能承受更大的荷载；若使用防水胶凝材料将膨胀蛭石粘结成成品，则成品具有防水性能，可用于有水环境。胶凝材料的导热系数通常高于膨胀蛭石，因此添加胶凝材料可使膨胀蛭石获得新的用途，但同时也降低了膨胀蛭石的隔热效果。
8. 硅酸钙板
硅酸钙板以硅藻土和石灰为主要原料制成，添加增强纤维制成的隔热耐火产品也称为硅酸钙板或微孔硅酸钙板。硅酸钙板根据其成分分为两类：一类是普通硅酸钙板，其CaO/SiO2化学比约为0.8，矿物成分为托贝莫来石（托贝莫来石，5CaO·6SiO2·5H2O）；另一类是硬质硅酸钙板，其CaO/SiO2化学比约为1.0，矿物成分也为硬质硅酸钙。
硅酸钙具有体积小、分离性强、导热系数低、施工方便、损耗率低等优良性能。世界范围内，硅酸钙板的密度大多规定为不大于220kg/m³，部分产品进一步细分为不大于220kg/m³、不大于170kg/m³和不大于130kg/m³这33种类型；国内则分为不大于240kg/cm³、不大于220kg/cm³和不大于170kg/cm³这33种类型。其抗压强度大于0.4MPa，抗弯强度大于0.2MPa；导热系数（70℃±5℃）为0.049～0.064W/(m·K)，最高工作温度方面，莫来石型为650℃，硅酸钙型为1000℃。
硅酸钙板可锯切或钉接，制成板材、块材或套管。它可用作电力、化工、冶金、船舶等行业热力管道和工业炉的保温材料；也可用于建筑物、仪器仪表等的防火隔热；还可用作高温干燥窑和隧道窑车台的隔热层；硅酸钙板双面可粘贴塑料饰面、胶合板、石棉水泥板等作为保温材料。世界上大部分保温工程材料都采用硅酸钙板，一些国首页工业保温材料中硅酸钙板的使用率高达70%至80%。
9. 浮粒砖（空心球砖）
漂珠砖是以漂珠为主要原料制成的隔热耐火材料。20世纪70年代初，我国开始利用粉煤灰漂珠生产粘土基隔热耐火砖。由于工艺简单、资源丰富，产品质量良好。20世纪80年代以来，采用多孔熟料法或添加粉煤灰漂珠的烧结法生产漂珠砖。
漂珠砖是由火力发电厂粉煤灰浮选而成的空心硅酸铝玻璃球。它具有重量轻、壁薄、中空、表面光滑、导热系数低、隔热性能好、耐火度高、抗压强度高等优点。利用漂珠的这些特性，可以制造出保温性能优异的隔热耐火材料。漂珠砖的生产可采用半干法成型，工艺简单，无需后续精加工。
漂珠砖在机械强度、耐高温性、导热性和使用性能方面均优于现有的中空隔墙保温材料，可与硅酸盐纤维媲美。该材料广泛应用于温度高达1200℃的各种高温工业窑炉中，以提高热效率并降低能耗。漂珠砖广泛应用于冶金、机械、化工、石油、建材、轻工、电力等行业的工业窑炉和高温设备中，通常可节能15%至40%，是一种优良的新型轻质隔墙保温材料。
10. 空心球砖
氧化铝空心球砖
氧化铝空心球砖是以氧化铝空心球为主要原料的隔热耐火材料。氧化铝空心球砖的典型技术指标为：Al₂O₃含量不低于98%，SiO₂含量不高于0.5%，Fe₂O₃含量不高于0.2%，堆积密度为1.3~1.4g/cm³，表观孔隙率为60%~80%，抗压强度不低于9.8MPa，0.2MPa荷载软化温度不低于1700℃，导热系数为0.7~0.8W/(m·K)。
与普通隔热耐火材料相比，氧化铝空心球砖的特点是产品内部含有大量闭孔。因此，它具有强度高、孔隙结构稳定、密度低、导热系数低等优点。主要用于1800℃以下的高温工业窑炉衬里，例如耐火材料、电子和陶瓷行业的高温窑炉衬里砖；以及石油化工行业气化炉、煤气炉、煤工业反应器等高温热力设备的隔热层；冶金行业感应炉的隔热砖。
B 氧化锆空心球砖
氧化锆空心球砖是以氧化锆空心球为主要原料制成的隔热耐火材料。该砖的主要晶相为立方氧化锆（约占矿物成分的70%～80%），其典型性能为：耐火度大于2400℃，表观孔隙率为55%～60%，体积密度为2.5～3.0g/cm3，抗压强度不小于4.9MPa，导热系数为0.23～0.35W/(m·K)。
氧化锆空心球是一种性能优异的隔热耐火材料，最高安全使用温度为2200℃。氧化锆空心球砖具有较高的高温强度和稳定的孔隙结构，因此可在2200℃高温下安全使用。氧化锆空心球砖密度低、导热系数低，不仅可以减少热损失，还可以减少热量积聚。因此，作为冶金、石油、化工、电子等热工设备中直接与火焰接触的高温衬里材料，它可以降低能耗，减轻高温炉的重量，使用效果良好。
发布时间：2021年11月26日