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  • 耐火纤维制品的生产发展趋势及国外耐火纤维企业一览
  • 2017/11/2 阅读次数:[1285]
  • 耐火纤维在20世纪70年代的一次全球性的石油危机后,越来越被人们重视,已经普遍应用在工业炉窑节能内衬上,并取得了显著的节能效果。由于在使用中出现的使用寿命和耐高温等问题,国内各行业新炉型设计制造或引进的新型炉窑开始注意到了国外的耐火纤维制品。从而,国外耐火纤维公司相继而至,加入我国市场竞争。

    国外耐火纤维制品及应用技术的引进,也促进了国内耐火纤维在质量上,安装技术上前进了一大步,有些产品和技术达到了国外的标准,有些超过了国外的技术水平。

    国外耐火纤维生产企业,除通过在我国建立生产基地、产品销售部进入我国市场外,还采用与国外工业窑炉工程承包公司联合,通过承建我国石化、冶金系统耐火纤维工业窑炉工程,在炉窑技术引进过程中,耐火纤维产品合同分交部分签订时,基本让给外商供应,借此渠道销售国外耐火纤维制品。进入国内的国外专业公司有:

    (1) 日本伊索莱特绝热制品公司,于1998年首先在苏州建成投产了耐火纤维生产基地。现已建成两条电阻法喷吹成纤针剌毯生产线,产品牌号为 “ISO WOOL” 。

    (2) 上海伊索高温隔热材料有限公司,是日本伊索莱特绝热制品公司在上海设立的日本伊索莱特公司耐火纤维制品销售公司。

    (3) 英国摩根热陶瓷公司,在上海浦东设立的摩根热陶瓷(上海)有限公司。2000年以前,从摩根热陶瓷有限公司在法国、印度、韩国等地子公司调运耐火纤维制品,投放中国耐火纤维市场。2000年后,在上海浦东建成投产了第一条电阻法甩丝成纤针刺毯生产线,最终规模为两条甩丝成纤针刺毯生产线,产品牌号为:Cerablanket (1260℃高纯型针剌毯);Cerachem (1425℃含锆型针刺毯);Cerachrome(1425℃含铬型针剌毯)。

    (4) 法国圣戈班集团碳化硅公司耐火陶瓷纤维部上海、北京办事处(销售部),产品牌号为:卡布兰。

    (5) 美国Unifrax联合公司,上海、北京办事处(销售部),产品牌号为:UNIFRAX。

    (6) 英国纽太克公司,产品牌号为:Fibratec。

    (7) 韩国金刚砂公司(K.C.C),上海、北京办事处(销售部)。

    (8) 美国索普制品公司,既是石化工业窑炉工程承包公司,又是耐火纤维模块加工公司,Z型耐火纤维模块就是该公司的专利产品,该公司所用Z型耐火纤维模块已发展到Z-Block-Ⅲ型结构,并申报了专利,加工Z-Block用的耐火纤维针刺毯就是首先选用美国国内耐火纤维生产公司产品。

    (9) 德国LOl公司是冶金工业窑炉工程承建公司,在我国承建冶金工业窑炉工程所用耐火纤维制品就是明确推荐英国摩根热陶瓷公司产品。如我国珠江钢铁公司、邯郸钢铁公司、包头钢铁公司等企业的连铸轧用辊底式连续均热炉用含锆纤维模块、标准型针刺毯、浇注料等制品均推荐采用英国摩根热陶瓷公司产品,与国内耐火纤维企业竞争。

    (10) 德国戈斯勒尔热陶瓷公司,既是耐火纤维工业窑炉工程承包公司,又是耐火纤维生产公司,原在北京设立办事处,在我国承接耐火纤维工业窑炉工程设计和施工。现已与英国摩根热陶瓷(上海)公司合作,承接工业窑炉工程并从材料供应、窑炉设计、窑炉施工实施一条龙服务。如上海太平洋陶瓷厂台车式煤气陶瓷烧成窑工程;珠江钢厂连轧辊底式连续均热炉工程上的合作建造。

    (11) 日本中外炉公司,工业炉设计、承建专业公司。施工用耐火纤维产品与日本新日铁等耐火纤维公司配套提供。

    (12) 美国表面燃烧公司,冶金系统工业窑炉设计、承建公司,所用材料与美国国内耐火材料厂、耐火纤维厂配套。

    国外各公司的耐火纤维制品生产质量普遍高于干国内大多中小企业生产的产品,其中与耐火纤维密切相连的技术也在不断地开发和应用。例如,安装技术及备件、复合工艺与品种等,这也带动了他们产品的销售。


    从硅酸铝系耐火纤维出现到应用,已经接近30年,30年的实践表明,耐火纤维生产厂家不但要生产产品,更重要的是要开发产品和辅助应用技术,所以说耐火纤维生产公司应为大型化和综合性强。20世纪90年代初以来,为增强企业抵抗市场风浪能力,许多大的外国公司进行了相互兼并、重组和与耐火纤维技术有关的企业强强联合,人才集聚,形成了更大规模、技术实力更强的跨国经营。

    连续干法生产纤维毯的技术早在20多年前国外就已开发成功。这些年来,该生产工艺的基本技术虽无大的变化,但生产线的设备精度和自动化控制更为系统化。其明显的效果是产品质量非常稳定,生产工序全过程监控和记录,这一差别已体现在进口产品和国内引进线生产的同类产品之间的比较上。

    产品系列化、多样化,耐火纤维现已广泛应用于各行各业,根据使用要求的不同,产品的物理和化学性能及安装方法也千差万别,这就要求生产厂能提供不同规格类型的产品。国外公司均能提供系列化的产品和相配套的辅助技术以及完善的施工服务。 目前,其产品可作如下分类:按材质可分为,标准型(1260 型)、含锆型(1425型)、含铬型(1425型)和多晶氧化铝型(1600型)。按形态可分为:纤维棉、纤维毯、纤维板、纤维毡、纤维折叠块、组件及纤维纸、绳、布等。按生产工艺可分为:甩丝法纤维、喷吹法纤维。

    耐火纤维作为耐火、绝热和节能材料在西方国家得到了广泛而深入的开发利用。可以说,近十年国外在耐火纤维行业的技术发展主要集中在应用技术的开发,以及由应用而提出的深加工产品方面开发。除了我们已熟知的一些纤维应用领域和方法外,还有很多领域是国内尚未或刚刚涉及,如氧化铝连续纤维复合材料 的开发与制作,氧化铝短纤维及晶须增强陶瓷基和金属基复合材料技术及生产等。还有刚刚起步的如轧钢加热炉的全纤维衬炉顶、全纤维衬钢包盖(精炼用的包盖,不包括钢包烘烤盖)、全纤维内衬陶瓷梭式窑、石化行业的全纤维衬裂解炉以及应用于炼铝工业、工业锅炉、汽车部件精密铸造特殊焙烧炉的工作衬等。

    就耐火纤维衬的安装技术和抗氧化金属锚固件来说,更是多种多样,而且安装技术也在不断地发展。总的趋势是朝安装更方便、更迅捷的方向发展。如采用手电钻、手电焊对折叠组件的一次性快速固定等。对耐火纤维村的维修也有专用的材料和技术,这种材料具有可塑性,采用压入法可压入到纤维衬的深部。由于耐火纤维炉衬的施工需要专门的技术和设备,加上专业化分工越来越细,西方国家有相当数量的小公司专门从事耐火纤维的应用技术研究开发。它们制作的耐火纤维深加工产品(如折叠块等)已形成了标准化、系列化,耐火材料炉衬的设计和安装不仅积累了丰富的经验,也具有很大的应用价值。在常规耐火纤维质量和安装技术取得很大进展,更要注意以下两方面的研究工作。

    (1)提高耐火纤维生产原料的纯度。耐火纤维的产品质量主要取决于原料的质量。—些工业发达国家的耐火纤维生产企业都是以高纯度合成粉料为原料,使熔融法生产的非晶质纤维化学组成中的Fe2O3、Na2O、CaO等有害杂质的含量低于1%,从而提高了纤维板的质量和耐热性能。

    (2)加大新产品研制开发力度。一般是对现有的工艺设备和生产工艺进行改造与完善。生产功能性产品,扩大应用领域。新产品的开发主要有:氧化铝连续纤维、复合材料生产用的新型纤维增强体和纳米结构品质氧化铝连续纤维的开发等。

    耐火纤维是一种新型纤维状轻质耐火材料,应用领域很广,主要用于金属基和陶瓷基复合材料和隔热功能材料,如应用于航空、航天和其他要求耐高温和较好力学性能的部件,包括烧蚀材料(如宇航器重返大气层的隔热罩、火箭头锥体、喷嘴、排气口和隔板等))。此外,还可应用于熔融金属或高温气液体的过滤材料和耐极高温的绝热材料,结构陶瓷的增韧等。


    氧化铝纤维是一种新型无机材料,有优异的高温力学性能,良好的抗化学侵蚀能力、低的导热率等特点。氧化铝纤维是当今世界最新型的超轻质高温耐火纤维,是整个Al2O3·SiO2系耐火纤维中的一种,使用温度在1350 ~ 1500℃,高出玻璃态纤维200 ~ 300 ℃。

    (1)氧化铝纤维的生产工艺。氧化铝纤维一般是采用化学胶体法制取的,是按形成单一晶体莫来石(3Al2O3·2SiO2)或氧化铝(α-Al2O3)进行化学配方的,化学成分是:Al2O372% ~95%,SiO25%~28%。其原理是将可溶性铝、硅制成具有一定黏度的胶体溶液。用常规方法对液体甩丝,再经高温热处理完成预结晶和转变成稳定相,制得多晶氧化铝纤维。所制得的纤维棉(散状)时作高温部位夹层的填充料,将散棉用湿法真空成型可制得混配纤维系列品种,如板、毡、砖、标异预制件、模块、组合部件等。

    高性能氧化铝纤维:

    目前,国外已有很多公司生产各种型号的高性能氧化铝纤维。各国化学公司研发生产的高性能氧化铝纤维有几下几类:

    1、美国ICI公司采用卜内门法生产商品名为Saffil的氧化铝短纤维,其使用温度可达1200 ~1600℃,已开始应用在工业烧结炉的衬里上。

    2、美国3M公司通过溶胶-凝胶法生产Nextel系列氧化铝纤维,其中较具代表性的品种是Nextel312。

    3、日本住友化学公司采用预聚合法生产Altex氧化铝纤维,其组分为AI2O3、SiO2 和B2O3。

    4、美国杜邦公司采用淤浆法生产FP氧化铝纤维,氧化铝含量为99.9%,日本Mitsui Mining公司也通过淤浆法制得氧化铝含量在95%以上的连续氧化铝纤维。

    在以上几种氧化铝纤维制备方法中,溶胶凝胶法工艺简单,烧结温度较低且制得的纤维均匀性好,纯度高,可设计性强,产品多样,已成为生产氧化铝纤维的主要方法。

    氧化铝纤维的生产工艺比较简单,对生产设备和生产条件要求不高。与炭纤维相比,氧化银纤维的成本要低很多,这使氧化铝纤维的大量应用成为可能。

    (2)氧化铝纤维的应用。氧化铝纤维主要用于高温绝热材料(短纤维)和增强复合材料(晶须及连续纤维),可以编织成无纺布,编织带、绳索等各种形状的纤维制品。可广泛应用于冶金、机械、电子、陶瓷、化工、航天等高温工业窑炉及其他热工设备的内衬绝热。以达到节能增产,延长炉体寿命。改善工作环境之目的。


    人造纤维增强材料(玻璃纤维)最早出现在20世纪40年代,此后50多年的时间内复合材料工业逐年增长,到1997年世界总产量约达500万t,价值在250亿〜1450亿美元之间。先进复合材料仅占其总量的1%,价值比例约占7%。是最具发展前途的部分。其中连续纤维增强材料占有相当大的比例,尤其在需要高比力学性能的应用领域占绝对优势,是高技术范畴重要材料支撑。

    研究表明,无论材料的形状和结构如何复杂,具有最高比模量(E/P)、比强度的材料是力学性能最好的材料。将材料加工成几到几十微米直径的纤维形状,因尺寸效应,可有效减少内部微孔、缺陷,并有机会调节分子或结晶结构择优取向,是获得高比极限强度的最佳方式之一。但纤维的形状很大程度上限制了其作为结构材料在众多场合的应用。

    选择高比模量材料,将其加工成纤维形状,并将基质掺入纤维,基质可连接、保护纤维并賦予材料必要的性能,形成具有高比力学行为的复合材料。用连续纤维做增强材料有下列明显优势:由于纤维的高长径比特征,连续纤维增强复合材料可使纤维性能最大程度转变成复合材料的工程性能。将最大体积分数连续纤维进行更有效精确布局,在承担负荷方向将纤维互相平行排列,则制成的材料可提供最优异的比力学性。使材料性能具有最大程度的可预见性。材料更难发生很多纤维同时断裂的灾难性破坏,同时賦予其高度各向异性特征。将材料制成直径很细的纤维,可有效提高其可变形性,将给编织各种形式的增强物和使用多种高效加工技术制造复合材料留下更大空间。尽管加工难度相对增大,但可完成其他材料难以胜任的工作。减少纤维长度会同时造成复合材料工程性能的劣化,短纤维复合材料对纤维与基质之间的热不匹配敏感程度高于长纤维复合材料,尽管该材料可改善其他性能并可用低成本的常规方法加工,但增强剂的均匀分布 是个难题。

    近几年,尽管碳纳米管复合材料的研究取得重要进展,然而在制备有市场竞争力的大型复合材料方面,在开展最优化结构的加工、表征和分析技术方面都存在巨大挑战。一些应用领域要求材料必须以纤维形状出现。Larbalestier说,我们需要的超导材料必须是电连续的,否则它不能应用。将高温氧化超导材料与银及其他金属基质制成多丝束超导复合纤维,尺寸为2.5mm X 0.25mm、长度为6km的多丝束超导复合纤维制成变压器绕组,用液氮为冷却剂,此变压器能量损失仅为一般材料变压器的1/5, 并且体积小、质量轻、更安全。陶瓷纤维为三维网状或粒状结构,属各向同性材料,甚至横向性能优于纵向性能。


    美囯军方和发动机公司正在实施的综合高性能涡轮发动机技术计划进展顾利。用CMC制造的燃烧室浮壁于1995年成功用于XTC-65核心机。使用表明:涡轮前温度提高148~160℃,陶瓷基复合材料的纤维增强体陶瓷材料虽有诸多优点,但致命的弱点是脆性大,可靠性差,这已成为限制陶瓷材料应用的主要因素。在受力情况下,陶瓷材料中的显微缺陷会发展成裂纹,从而导致灾难性破坏。人们一直在研究高强度纤维、晶体、颗粒或自增韧的办法来改善其韧性。其中采用连续纤维来增强陶瓷具有较高的韧性,当受外物冲击时能产生失效性破坏,因而具有较高的可靠性,是十分有前途的复合材料体系之一。在美国的先进高温发动机材料技术计划中明确提出要发展连续纤维增韧补强的陶瓷基复合材料,这也是航空发动机用结构陶瓷与地而应用的热机结构陶瓷的根本区别。


    能具有类似金属的变形与断裂品质,强度对裂纹不敏感,没有灾难性损坏等。用于增强结构陶瓷的连续纤维主要有炭纤维、氧化物纤维和碳化硅纤维。

    高强度的炭纤维使用温度最高,可超过1650℃,它是复合材料中较好的增强材料。但不经表面处理的炭纤维不耐高温氧化,与陶瓷基体相容性差,因此限制了在陶瓷基复合材料中的应用。目前有关部门在探索用碳化硅等进行表面处理以提高抗氧化性。此外还需解决炭纤维与陶瓷基体的热膨胀失配问题。

    目前的氧化物纤维一般为多晶纤维,高温下会发生再结晶,使其性能下降。如美国的多晶氧化铝基纤维在1000℃以上和 500MPa应力下持久时间都不大于100h。而单晶纤维可避免这一问题。目前小直径的单晶氧化铝钎维的强度已达到4000MPa以上才会出现蠕变,是一种很有希望的氧化物纤维。

    (1) SiC纤维。SiC纤维是很好地兼顾了力学性能和热性能的纤维,有很好的横向性能。根据制备方法不同,直径有很大差别,化学组成不同(Si、C、O)性能,也在一定范围变化。在惰性气氛中,有极好的高温稳定性。在空气中,600℃时能很大程度保持其力学性能。分解温度为2830℃。SiC是半导体,有很好的导热性能。一些最新研制的SiC纤维品种表现出更好的抗氧化和抗蠕变性能。具有Si-Ti-C-O和Si-Zr-C-O化学组成的纤维有更好的高温力学性能。密度为2.0~2.74/cm3。

    (2) Al2O3纤维。Al2O3纤维是抗高温氧化极出色的一类纤维,可在空气中1000℃条件下使用。在室温下承受负荷呈线性弹性行为,以脆性方式断裂,在1000℃以上发生塑料形变,力学性能下降。有很好的横向性能。密度为2.7 ~4.2g/cm3。高温蠕变是它不能取代SiC纤维的原因。

    (3)硼纤维。硼纤维是第一个商品化的高强、高模陶瓷纤维。密度为2.34~2.6g/cm3。直径在100~200μm提供很好抗弯性能,但纤维的柔性不好。在空气中使用温度限于500℃,否则由于氧化力学性能明显下降。由于复合结构,硼纤维横向性能相对较低。熔点为2040℃。由于价格昂贵,在很多应用领域已被炭纤维取代。

    碳化硅由于具有高强、高模、抗高温氧化和吸波性能,因此是陶瓷基复合材料比较理想的增强纤维,在结构吸波体系中也有广泛的应用前景。

    陶瓷基复合材料的耐温极限主要受纤维的耐温能力所限,目前世界上尚没有一种成熟纤维适用于1650℃陶瓷基复合材料,缺乏纤维已成为发展CMC的最大障碍,美、日等国均在加紧研究,并取得了重大突破,高性能的碳化硅纤维和氧化铝纤维是两种很有希望的纤维。
    转载自:找耐火材料网

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