9.3.1隔熱材料的特性在工業(yè)爐中隔熱材料的作用是：在有效使用發(fā)熱體給予爐內(nèi)熱量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源和保護(hù)爐體等，所以隔熱材料的作用很重要。一般炭素材料的特點(diǎn)可舉出質(zhì)量輕、耐熱、熱傳導(dǎo)性好、高溫下強(qiáng)度不降低、熱膨脹小、耐藥性好等優(yōu)點(diǎn)，但作為隔熱材料，特別是高溫區(qū)域使用的隔熱材料所需特性除上述外還需要低熱傳導(dǎo)性、耐腐蝕、低吸濕性、氣體發(fā)生量少等特點(diǎn)。炭素材料具有的特性大致就是隔熱材料所需要的特性。由于氣體的熱傳導(dǎo)率比固體的熱傳導(dǎo)率低，因此炭素材料的氣孔使之成為做隔熱材料適合的材料。

隔熱材料在1500T左右比較低的溫度區(qū)域使用時(shí)可以使用陶瓷類物質(zhì)，但在更高的溫度區(qū)域由于耐熱性、易污染被加熱物質(zhì)、隔熱材料產(chǎn)生氣體等原因而采用炭素質(zhì)隔熱材料。

9.3.2炭素隔熱材料的分類炭素質(zhì)隔熱材料根據(jù)其形狀分類，大致可分為粉末或粒狀和炭纖維系列。（1） 粉末或粒狀。粉末或粒狀物中有焦粉、石墨粉、炭黑，這種形狀的隔熱材料有如下的特點(diǎn)：1）使用時(shí)的形狀隨意自由；2）采用不同的充填方法可以改變堆積密度；3）有消耗的時(shí)候，僅補(bǔ)充消耗掉的部分，十分經(jīng)濟(jì)。但同時(shí)也必須留意如下幾點(diǎn)：1）很難充填均勻；2）容易因揚(yáng)塵而造成污染。影響填充均勻性的原因：1）隔熱材料在施工時(shí)由于架橋現(xiàn)象產(chǎn)生蜂巢；2）使用中因粉末移動(dòng)下沉產(chǎn)生空隙。炭黑是數(shù)十納米大小的粉末，有隔熱效果好的優(yōu)點(diǎn)，也有飛揚(yáng)易污染的缺點(diǎn)。為了改善這一缺點(diǎn)，有將炭黑加工成0.1-2.0mm的顆粒，其表面被包覆一層硬質(zhì)炭，成為一種改善了流動(dòng)性、污染性的顆粒狀隔熱材料。（2） 炭纖維系列。炭纖維系列隔熱材料的形狀有粉末狀（粉、短纖維）、毛氈狀、成型體（舟、皿狀）等各種各樣的°由于這種隔熱材料可以用剪刀進(jìn)行簡單的剪裁切斷加工，施工時(shí)的可操作性強(qiáng)，隔熱效果好，所以是現(xiàn)在使用最多的隔熱材料。常用的有：1） 粉末狀：因與前項(xiàng)所介紹的粉末或粒狀相似，其特點(diǎn)和問題點(diǎn)也如前項(xiàng)所述。2）   毛氈狀（炭氈）：具有均一的厚度和可撓性，可以纏繞或重疊在隔熱層使用，可操作性強(qiáng)。另外，由于厚度均一，體積密度固定，可以根據(jù)預(yù)測隔熱效果而對爐子進(jìn)行設(shè)計(jì)。但有時(shí)也會(huì)有單根絲脫落飛散的情況，或因使用條件限制不易應(yīng)用的場合。3） 成型體：將炭氈或短切炭纖維以瀝青類黏結(jié)劑成型固化后的纖維系列隔熱材料，可單獨(dú)使用且使用方便。另外也不會(huì)有粉末或炭氈那樣粉末飛揚(yáng)、因此對產(chǎn)品沒有影響。與炭氈相比體積密度高，隔熱性能稍差，消耗后不能修理或修補(bǔ)只能換新。硬氈制品如圖9-18和圖9-19所示。4） 多層反射板：纖維系列隔熱材料的傳熱機(jī)理大致分空隙部的熱輻射、換熱和經(jīng)纖維的熱傳導(dǎo)。在高溫區(qū)域受空隙部的熱輻射和換熱的傳熱機(jī)理影響大。根據(jù)此傳熱機(jī)理作為降低換熱的一種方法是在隔熱材料之間夾入多層石墨薄層的多層反射板。石墨硬氈復(fù)合材料如圖9-20所示。

9.3.3炭素隔熱材料的主要性能9.3.3.1熱導(dǎo)率用相同的測試方法測定的各種炭素質(zhì)隔熱材料熱導(dǎo)率的結(jié)果如圖9-21所示。熱導(dǎo)率隨溫度上升增大，除石墨顆粒外其他特性曲線相似。在圖9-21中，炭纖維制作的隔熱材料（CF舟），沿纖維平行方向的熱傳導(dǎo)率比垂直方向高，熱導(dǎo)率呈各向異性,在施工時(shí)應(yīng)引起注意。9.3.3.2體積密度

隔熱材料體積密度越小質(zhì)量就越輕，有利于施工。另外，隔熱材料的體積密度小，熱容量就小，爐子升溫所需要的能量就少，同時(shí)升溫、冷卻速度也快，爐子的循環(huán)操作短，比較經(jīng)濟(jì)。炭素質(zhì)隔熱材料大多使用在高溫領(lǐng)域，在高溫領(lǐng)域主要是輻射傳熱。體積密度大的話，對輻射傳熱有效，爐外壁溫度低，熱損失小，因此在選定體積密度時(shí)應(yīng)充分考慮。

9.3.4隔熱材料的熱處理溫度與熱傳導(dǎo)、氧化及吸水性的關(guān)系9.3.4.1熱處理溫度和熱導(dǎo)率炭素材料由于熱處理溫度不同，熱導(dǎo)率也不同，熱處理溫度高，熱導(dǎo)率就高。粒狀隔熱材料的熱導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性如圖9-22所示。粒狀隔熱材料（B）是將粒狀隔熱材料（A）高溫處理后的產(chǎn)物。粒狀隔熱材料（B）的熱導(dǎo)率比粒狀隔熱材料（A）高，經(jīng)2800℃處理后產(chǎn)物的熱導(dǎo)率比粒狀隔熱材料（B）更高。同樣對于炭纖維，石墨質(zhì)纖維的熱導(dǎo)率比炭質(zhì)纖維高。

9.3.4.2熱處理溫度和氧化熱處理溫度對氧化開始溫度也有影響。各種炭纖維的氧化開始溫度如圖9-23所示。氧化開始溫度也根據(jù)炭纖維的材質(zhì)不同而異，同一材質(zhì)的炭纖維相比較。其傾向是熱處理溫度高，氧化開始溫度就高，但是氧化開始溫度是在400?700℃范圍之間，為防止隔熱材料壽命降低，隔熱性能劣化，打開與空氣相接觸的爐蓋時(shí)，必須注意此時(shí)的溫度。9.3.4.3處理溫度和吸附水分熱處理溫度與吸附水分有一定關(guān)系，炭纖維的熱處理溫度在1000℃和2000℃時(shí)的相對溫度和水分的關(guān)系如圖9-24所示。熱處理溫度高的炭纖維幾乎沒有水分吸附，因此,在嫌惡水的地方最好使用熱處理溫度高的炭纖維。

9.3.5炭素高溫絕熱材料據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，新的炭素耐火材料，其密度和熱導(dǎo)率都很低，可做多種用途的高溫絕熱材料。其特性列于表9-4。

海南隔熱材料

9.3.6隔熱材料的施工炭纖維成型隔熱材料的安裝如圖9-25所示。由于炭素質(zhì)的隔熱材料有導(dǎo)電性,加熱器或電極接點(diǎn)部分不能與隔熱材料接觸，此點(diǎn)在安裝時(shí)必須注意。此外，隔熱材料安裝時(shí)，常使用炭質(zhì)螺柱或梳條（炭纖維制）、鑰等耐高溫性金屬的銷子進(jìn)行施工安裝。