Статус развития и новые разновидности керамических волокон и их применения

В этой статье обсуждаются статус разработки и области применения керамических волокон внутри страны и на международном уровне, а также исследования и разработки новых сортов. Керамическое волокно, как легкий и эффективный изоляционный материал, имеет много несравненных преимуществ по сравнению с традиционными изоляционными материалами. Ожидается, что с глобальным акцентом на энергосбережение керамические волокна получат более широкое применение и быстрое развитие. Кроме того, потенциал для замены керамических волокон для замены других изоляционных материалов является существенным, что делает их достойными продвижения в керамической промышленности.

1. Введение

Рефрактерное керамическое волокно - это легкий и высокоэффективный теплоизоляционный материал. По сравнению с традиционными изоляционными материалами, он имеет следующие преимущества производительности:

1. Низкая объемная плотность в виде подкладки печи:Керамические накладки волокон более чем на 75% легче, чем легкие изоляционные кирпичи, и на 90-95% легче, чем легкие лист. Использование клетчатых обликовщиков значительно уменьшает нагрузку на стальную структуру печей и продлевает срок службы.
2. Низкая теплоемкость:Теплоемкость керамических волокон составляет примерно 1/10, что у легких рефрактерных облицов и отлитых. Эта низкая теплоемкость означает, что печи поглощают меньше тепла во время работы, обеспечивая более быстрое нагрев и значительно снижает потребление энергии во время запуска и остановки печи.
3. Другие преимущества:По мере улучшения технологий применения, керамические волокна постоянно расширяются в новые области. Из -за роста глобальных цен на энергоносители, энергосбережение стало приоритетом. По сравнению с традиционными рефрактерными материалами, такими как изоляционные кирпичи и отлитые, керамические волокна могут сэкономить на 10% -30% больше энергии, получая более широкие применения и перспективные перспективы в Китае.

2. Международное развитие и применениеКерамические волокна

2.1 Разработка керамических волокон за границей

Керамические волокна впервые появились в 1941 году, когда американская компания Babcock & Wilcox использовала Natural Kaolin для производства волокон с помощью таяния и выдувания дуговой печи. В конце 1940 -х годов американские компании начали производить алюминосиликатные волокна для авиационной промышленности. К 1960 -м годам США разработали различные керамические продукты для промышленной печи.

США и Канада являются основными производителями, на которые приходится около трети глобального производства огнеупорных волокон, с годовой добычей около 100 000 тонн. Европа занимает третье место, производя около 60 000 тонн в год. Среди 300 000 тонн керамических волокон, производимых во всем мире каждый год, распределение продукта заключается в следующем:

• Одеяла и волокнистые модули: 45%
• Вакуумные доски, коврики и специальные формы: 25%
• Оболочные волокна: 15%
• Веревки и текстиль волокна: 6%
• Материалы необработанного волокна: 6%
• Волокно -бумажная бумага: 3%

2.2 Поля приложенияОУтсид Китая

Рефрактерные продукты волокна стали диверсифицированными и функционализированными с помощью технологических достижений. Эти продукты могут соответствовать температурным требованиям в диапазоне от 600 ° C до 1600 ° C и доступны в различных формах, включая традиционный хлопок, одеяла и коврики, а также волоконные модули, доски, специальные формы, бумагу и текстиль.

В некоторых передовых приложениях развиваются такие продукты, как поликристаллические циркониевые волокна, кремниевые волокна и карбид -волокна кремния. Например, DuPont в США производит длинные поликристаллические волокна алюминия, содержащие 99,9% α-AL2O3 для высокотемпературных аэрокосмических применений.

3. Разработка и применение керамических волокон в Китае

Производство керамических волокон в Китае началось относительно поздно, начиная только с начала 1970 -х годов с успешной разработки и массового производства керамических волокон на фабрике неточительных материалов в Пекине и фабрике нежных материалов в Шанхае. На протяжении более десяти лет производственный процесс опирался на устаревшие методы, такие как «таяние дуговой печи, продувка с одним шагом для волоконноризации и производство влажных рук», что приводит к ограниченной технологии и узкому ассортименту продуктов.

В 1984 году фабрика рефрактерных материалов в корпорации Shougang импортировала продюсерскую линию с иглой, используя метод вращения сопротивления от компании CE, базирующейся в США. К 1987 году от американских компаний BW и Ferro были введены дополнительные производственные линии и технологии формирования вакуума на такими предприятиями, как Электроэлектрическая фабрика Хенана Шаньси, фабрика алюминосликата Гуандунга и Гиян. Эти достижения трансформировали устаревшие производственные процессы, оборудование и разнообразие продуктов в китайской промышленности керамических волокон.

Начиная с 1986 года, Китай переваривал и поглощал импортное оборудование и технологии, адаптируя их к местным условиям. Это усилие привело к конструкции и конструкции 82 методов, связанных с сухой иглой, с использованием методов сопротивления вращающегося (или воздушного удара), которые были установлены на 45 предприятиях. С тех пор годовой объем производства превысил 100 000 тонн, что делает Китай крупнейшим в мире производителем керамических волокон. Наряду с диверсификацией продуктов, Китай в настоящее время массово производит различные керамические одеяла с иглой, в том числе низкотемпературные, стандартные, высокую чистоту и высокую алюминс, а также сверхлегкие сухой смолы (доски). Кроме того, циркониевые волокнистые одеяла с содержанием ZRO2 14-17% и эксплуатационные температуры, превышающие 1300 ° C, также производятся.

В конце 1980 -х годов японские компании, такие как текстильные машины NAOI, колесница и интракс, инвестировали в Пекин, чтобы создать специализированные керамические текстильные производственные предприятия. Эти компании начали массовое производство керамических волоконных тканей, лент, веревок, рукавов и прокладок. Требуемый объемный хлопок и оборудование для производства текстиля были полностью локализованы. В начале 1990 -х годов Пекин, Шанхай, Аншан в Лиаонинге, Шаньдунг и Санменксия в Хенане представили технологию и оборудование для распыления керамического волокна из США, Франции и Японии. Распыление керамического волокна было применено к промышленным облиникам печи в металлургии и нефтехимической промышленности, достигнув значительных энергетических сбережений и экономических выгод. С тех пор эта технология широко продвигалась и успешно применяется в отоплении в различных отраслях.

В настоящее время китайская индустрия керамического волокна находится в этапе непрерывной корректировки и развития. Производственные технологии и оборудование, особенно для одеял с сухой иглой, достигли глобально расширенных уровней. Новые продукты, такие как хром, содержащие и циркониевые, содержащие алюминосликатные волокно, поликристаллические глиноземные волокна, поликристаллические муллитные волокна и продукты из смешанного волокна, были успешно разработаны и промышленно созданы, формируют полный ассортимент легких рефрактерных материалов.

Керамические волокнистые фильтры, в то время как в целом низкая прочность, развиваются к развитию недорогих, высокопрочных непрерывных волоконно-армированных фильтров керамического волокна. Ожидается, что эти фильтры, благодаря их превосходным свойствам, будут играть все более важную роль в фильтрации высокотемпературного дымового газа, включая десульфуризация, денитрификацию и каталитическое преобразование. Фильтрация керамического волокна для высокотемпературной очистки дымового газа еще не началась в Китае, но недавние приложения указывают на высокую тенденцию роста в глобальном спросе на керамические фильтры. Предсказывается, что продвижение и применение высокотемпературной технологии керамической фильтрации в Китае в Китае скоро станут реальностью, что способствует целям энергосбережения и сокращения выбросов.

Новые керамические волокна, разработанные в последние годы в качестве высокотехнологичных функциональных материалов, включают устойчивые к ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовому ультрафиолетовым ультрафиолетовым волокнам, устойчивости к тепло и изолирующим волокнам, антибактериальными и магнитными волокнами. Применение керамических микро-яглетов в волокнах также значительно расширяется.

4. Новые сорта и применение керамических волокон

4.1 Новые композиты керамического волокна

Согласно сообщениям, в последние годы Япония разработала и производила новые композиты керамического волокна для военных двигателей. Например, Mitsubishi Corporation разработала керамические волоконные композиты для использования в истребительных реактивных двигателях и ракетных двигателях. Эти композиты изготавливаются путем ткачества 10 мкМ керамических волокон в трехмерную структуру и покрывая их стеклянным веществом. В то время как керамические волокна теплостойчивы, но хрупкие, превращение их в композиты значительно повышает их прочность.

Композиты углеродного волокна обычно используются в самолетах и ​​ракетных телах, но редко применяются к двигателям из -за их температурных ограничений, поскольку они могут выдерживать только среды до примерно 300 ° C. Следовательно, сплавы на основе никеля обычно используются. Тем не менее, новые композиты керамического волокна обеспечивают превосходную высокотемпературную устойчивость по сравнению с композитами из углеродного волокна и на 50% легче, чем сплавы на основе никеля. Эти материалы прошли полевые испытания на форсунках истребителя реактивного двигателя для японского министерства обороны и успешно использовались для производства компонентов прототипа для ракетных двигателей. К 2005 году они применялись в инженерии для ракетных двигателей.

4.2 модули керамического волокна

Керамические волокнистые модули представляют собой новый тип рефрактерной печи, предназначенный для упрощения и ускорения конструкции печи при одновременном повышении общей целостности подкладки. Эти модули характеризуются их белым цветом и однородными размерами, что позволяет им непосредственно прикрепляться к закреплению булавок на стальных пластинах промышленных оболочек печи. Они предлагают отличные рефрактерные и изоляционные свойства, улучшая общую изоляцию печей и развитие технологий строительства печей.

Керамические волокнистые модули предварительно сжата, и после завершения подкладок их расширение обеспечивает бесшовную структуру, компенсируя усадку волокна. Это повышает производительность изоляции, термическую стабильность и сопротивление термическому шоку подкладки. Модули быстро устанавливаются, а якоря расположены на холодной стороне подкладки, уменьшая требования к материалу для якорей.

С развитием национальных инициатив по сохранению энергии и сокращения выбросов реконструкция кирпичных туннельных печей стала неотложной. Керамические волокнистые модули были хорошо приняты для их исключительной изоляции, особенно на потолках кирпичных туннельных печей. Модули бывают разных форм, включая сложенные блоки, нарезанные блоки, пировые блоки и вакуумные блоки.

Из -за различий в методах производства и кристаллических структурах поликристаллических муллитных волокон их волокна короче и менее гибки, что затрудняет производство больших модулей. Следовательно, поликристаллические волокна в основном используются в форме плиток, применяемых на внутренние поверхности рефрактерных стен и потолков. Эти плитки эффективно снижают температуру внешней стенки печей, одновременно уменьшая потери на тепло в стенах печи.

В настоящее время большинство производителей модулей керамического волокна в Китае производят сложенные блоки. Эти блоки изготавливаются путем складывания одеял с иглой, и предварительно предварительно их сжигают с механическим оборудованием во время формирования. Однако неровная поверхность сложенных блоков может повлиять на применение эрозионных покрытий. Нарезанные блоки решают эту проблему, отрезая сложенные края одеял после формирования, что приводит к гладкой поверхности для лучшей производительности.

4.3 Полые керамические волокнистые мембраны

В последние годы новые керамические мембраны с полыми волокнам привлекли значительное внимание. Эти мембраны не только сохраняют преимущества традиционных керамических мембран, но и предлагают дополнительные преимущества, в том числе:

• Высокая плотность упаковки
• Большая эффективная площадь разделения на единицу объема
• Тонкие мембранные стены
• Высокий поток проницаемости
• Материал сбережения
• Более легкая миниатюризация оборудования для разделения

Ожидается, что применение этих новых полых керамических мембран значительно повысит характеристики разделения керамических мембран. Из -за их уникальных свойств и структурных характеристик, керамические мембраны полого волокна все чаще используются в различных областях, таких как:

• Неорганические мембраны для очистки сточных вод и газа
• Топливные элементы керамической мембраны сплошной оксид
• Микроканальные реакторы
• Катализатор

4.4 Текущие применения новых сортов волокна

Разработка, производство и применение новых разновидностей керамических волокон имеют значительно продвинутые технологии применения керамического волокна и методы строительства.

Например, цирконий-содержащие волокна, произведенные с использованием метода расплава, являются экономически эффективным типом алюминосиликатного волокна с широкими приложениями. Они широко используются в качестве полных клетчатых обликов для горячих поверхностей различных промышленных печей. Тем не менее, внутренние продукты в этой области по -прежнему отстают в качеством и разработке применения по сравнению с международными стандартами.

За границей волокна, содержащие хром, стали новым сортом с более высоким диапазоном рабочих температур, чем цирконий-содержащие волокна. В настоящее время нет сообщений о производстве или применении волокна, содержащих хромий, в Китае.

5. Заключение

Керамические волокна-это высокопроизводительные, легкие и эффективные изоляционные материалы, широко используемые в промышленных, гражданских и оборонных секторах. С ростом глобального акцента на энергосберегающую керамическую волокна обладают огромным потенциалом для разработки и применения. Ожидаемый составной годовой темпы роста керамического производства волокна в Китае составляет более 30%, что обусловлено продолжающимися исследованиями передовых функциональных материалов.