氧化鋁耐火纖維工藝

氧化鋁耐火纖維的生產(chǎn)采用膠體法，工藝流程主要包括膠體制備、纖維化和熱處理3個(gè)階段 。

多晶氧化鋁纖維有3種，即長纖維、短纖維和晶須。作為耐火材料用的，通常是短纖維，其纖維長度在10-100mm，纖維直徑3-7μm 。

1970年，英國帝國化學(xué)工業(yè)公司研制成多晶氧化鋁纖維，1974年投入半工業(yè)試制，1979年建成年產(chǎn)500-700t的工業(yè)生產(chǎn)線。中國于1977年開始研制，1986年完成擴(kuò)大工業(yè)試驗(yàn)，并開始批量生產(chǎn)。

氧化鋁耐火纖維(alumina refractory fibre)是指以Al₂O₃為主要成分的多晶質(zhì)纖維狀隔熱耐火材料。其主晶相為θ-Al₂O₃和γ-Al₂O₃微晶體，在化學(xué)成分中約有5%的SiO₂，它以莫來石(3Al₂O₃·2SiO₂)微晶形態(tài)存在，莫來石往往包裹在Al₂O₃的表面。又稱多晶氧化鋁纖維 。

多晶氧化鋁耐火纖維的主晶相是θ-Al₂O₃和莫來石。θ-Al₂O₃在加熱時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變成α-Al₂O₃這些都是穩(wěn)定相，耐火性能好。α-Al₂O₃有較好的抗侵蝕性，在長期高溫下體積穩(wěn)定性好，因此是較好的保溫隔熱材料。其性能見表1。

多晶氧化鋁耐火纖維具有優(yōu)越的耐高溫性能，可在1400℃以上的許多高溫窯爐和熱工設(shè)備上使用。最高使用溫度為1600℃，長期使用溫度可達(dá)1500℃。但氧化鋁纖維價(jià)格較高，推廣應(yīng)用受到限制。把氧化鋁纖維與高鋁纖維等一起制成的混合纖維制品，發(fā)展較快 。

耐火纖維磚(refractory fibrebrick)是指纖維為原料，配以氧化鋁微粉，加入結(jié)合劑壓制而成的耐火纖維制品。耐火纖維磚主要用于工業(yè)爐內(nèi)襯 。

耐火纖維分為非晶質(zhì)（玻璃態(tài)）和多晶質(zhì)（結(jié)晶態(tài)）兩大類。非晶質(zhì)耐火纖維，包括硅酸鋁質(zhì)、高純硅酸鋁質(zhì)、含鉻硅酸鋁質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火纖維。多晶質(zhì)耐火纖維，包括莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維。（表1）也有按耐火纖維最高允許使用溫度分類的。（表2）

表1 耐火纖維的分類

表2 耐火纖維在不同氣氛下的使用溫度

注：表中纖維種類是美國、日本和西歐一些國家的分類。

硅酸鋁質(zhì)耐火纖維用雜質(zhì)含量較低的粘土熟料（焦寶石）作為原料，經(jīng)1800～2000℃高溫熔融、噴吹或甩絲成纖，纖維中Al₂O₃含量45%左右，長期使用溫度不超過1000℃。

高純硅酸鋁耐火纖維采用工業(yè)氧化鋁和高純硅石砂或石英砂作原料，亦可加入少量B₂O₃，或ZrO₂等作為添加劑，經(jīng)配料混合、熔融噴吹或甩絲成纖，制成的纖維含Al₂O₃50%左右，Al₂O₃ SiO₂> 99%，最高使用溫度1260℃，長期使用溫度約1100℃。

含鉻硅酸鋁耐火纖維以工業(yè)氧化鋁、硅石粉和氧化鉻為原料，按照硅石粉40%～60%、工業(yè)氧化鋁40%～55%，氧化鉻3%～6%配料，經(jīng)熔融噴吹或甩絲成纖，最高使用溫度1400℃，長期使用溫度1150～1200℃。

高鋁耐火纖維以工業(yè)氧化鋁和高純硅石作為主要原料，配合料經(jīng)熔融噴吹或甩絲成纖，得到氧化鋁含量58%以上的高純度玻璃態(tài)硅酸鋁耐火纖維。最高使用溫度1400℃，長期使用溫度為1200℃。

莫來石質(zhì)耐火纖維用氯化鋁、金屬鋁粉、硅溶膠、冰乙酸及各種有機(jī)添加劑作原料，經(jīng)制膠、纖維化、熱處理等工藝過程，制得Al₂O₃72%～80%的多晶纖維，其主成分為莫來石，使用溫度1300～1500℃。

氧化鋁耐火纖維用氯化鋁、金屬鋁粉、硅溶膠、冰乙酸和各種有機(jī)添加劑作原料，經(jīng)制膠，纖維化，熱處理等工藝過程，制得Al₂O₃95%左右、SiO₂約5%的多晶纖維，其主要礦物成分為θ-Al₂O₃或α-Al₂O₃，使用溫度1400～1600℃。

氧化鋯耐火纖維用醋酸鋯、氧氯化鋯及YCl₃、MgCl₂、CaCl₂等作原料，經(jīng)制膠、纖維化、熱處理等工藝過程，制得主成分為ZrO₂（含穩(wěn)定劑）大于98%的耐火纖維，使用溫度1600℃。

美國、日本和西歐的一些國家，通常按耐火纖維的最高允許使用溫度進(jìn)行分類，其方法是把耐火纖維樣品加熱保溫24h，其線收縮接近并小于2.5%時(shí)的溫度作為分類溫度。實(shí)際允許最高長期使用溫度要比分類溫度低，在氧化氣氛下允許最高長期使用溫度應(yīng)比分類溫度低100～150℃，在還原氣氛下應(yīng)低200～250℃，在真空氣氛下應(yīng)低400～450℃。

混合耐火纖維制品(mixed refractory fibre product) 是指以晶質(zhì)與非晶質(zhì)硅酸鋁纖維為原料，制成的耐火纖維制品。氧化鋁纖維、莫來石纖維價(jià)格昂貴，而采用混合纖維的成本可成倍降低?？捎糜?200-1400℃高溫爐襯。

混合纖維制品在使用過程中氧化鋁纖維發(fā)生收縮，但對(duì)內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的總體幾何形狀不致發(fā)生嚴(yán)重影響，一般在1000℃以上硅酸鋁纖維產(chǎn)生析晶現(xiàn)象，析出莫來石和游離二氧化硅。游離二氧化硅與氧化鋁纖維中級(jí)化鋁發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生纖維間的莫來石結(jié)合，使纖維內(nèi)襯保持整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抑制了纖維在高溫下的收縮 。