我国玻璃棉工业发展历程

我国玻璃棉工业发展历程

在中国，也称为隔热材料和材料。广义讲是指以阻止热流传导为最终目的的所有材料的总称。许多绝热材料由于其纤维状或多孔状结构,同时又具有良好的吸声功能。这样具有绝热、吸声双重功能的材料又称为绝热吸声材料。我国绝热吸声材料生产作为一个真正意义上的工业分支起始于建国初期,经过50多年的发展,已经形成一个种类齐全、规模宏大的工业体系,总产量已跃居世界前5位。1岩矿棉、岩棉制品生产技术的发展历程我国的玻璃棉工业起始于20世纪50年代末,当时主要是采用火焰喷吹工艺制棉。这种工艺制棉规模小、品种少、质量差,只能满足当时不太发达的工业用棉。1987年上海平板玻璃厂率先从日本引进了在国外早已成熟的离心法生产玻璃棉生产线及全套生产技术。由于我国玻璃棉市场主要局限于管道保冷(主要是中央空调系统),因此发展具有很大的局限性。直到1994年我国玻璃棉生产中火焰喷吹法的产量还占将近1/2。1994年至1996年,高质量的离心玻璃棉的需求量快速增长,市场一度出现供不应求的局面,国内许多企业在研究设计单位的帮助下,翻版了国外的离心法生产线,或全套引进生产线。到1997年底,国内离心法玻璃棉的生产能力达到了10万t。但是,大多数生产厂家主要把眼光放在了增加产量上,却忽视了对新的玻璃棉应用市场的开发,以至许多刚建立起来的生产线处于半停产状态。1997年国内玻璃棉总销售量实际只有4.5万t左右,1998年与1997年的销售量基本持平。离心法玻璃棉的销售价格从1993年的2~3万元/t降至1998年的8000元/t。我国少数离心法玻璃棉生产厂家的产品质量能够达到90年代国际水平,并用于出口。而大部分厂家的产品质量只能达到国际上年代的水平由于国外玻璃棉生产在年代开始向规模化发展,加上自动化程度的不断提高,使生产成本不断下降,规模不断扩大。而国内许多生产线处于半停产状态,使生产成本进一步增加,削弱了市场竞争力。我国矿棉、岩棉的生产起步于50年代。先后在太原、北京、内蒙古、上海等地引进国外生产线和全套生产技术,在较短的时间内缩短了我国的岩矿棉生产技术与发达国家的差距。近10年来我国的岩矿棉工业得到了迅速的发展,自80年代末期我国已翻版几条进口生产线并在此基础上作了很大改进。创新研制了5000t级、3000t级以及3000t级以下的中小型生产线。这些中小型生产线投资少、上马快,适合我国80年代末和90年代初的国情,为我国的电力工业、热力工业、化工与石油化工工业的迅猛发展提供了大量的廉价保温材料。目前,我国已有岩矿棉生产厂家几百家,总生产能力超过60万t。虽然我国的岩矿棉在产量上已有很大发展,但从生产工艺技术、产品质量、产品深加工和市场开发等方面与发达国家相比还有很大差距。在生产技术方面,欧洲及日本生产线的自动化程度经过了近10年的完善普遍提高,设备正常运转率高于我国,员工的人均劳动生产率是我国的2~5倍,基本已淘汰了生产能力在1万t/年以下的生产线,2.5~5.0万t/年的生产线已经普及。而我国1万t/年以上生产能力的生产线总数还不到20%,所完成的产量不到50%。即我国岩、矿棉的大部分是靠能力在1万t/年以下的小生产线生产的。在产品质量方面,发达国家所生产的岩、矿棉大部分直径不大于4μm,而长度可达到几厘米至十几厘米,已接近玻璃棉的水平。成纤已普遍采用摆锤法,高质量的纤维和先进的生产工艺使岩矿棉制品的密度大幅度下降,如瑞典的容格公司有2条摆锤法生产线,纤维直径3.8~3.9μm,可生产20kg/m3的棉毯和27kg/m3的半硬板。由于采取摆锤法工艺,渣球更容易分离,渣球含量降到了最低点接近玻璃棉的水平摆锤法工艺辅以改进后的施胶及集棉工艺,生产出的纤维长而柔韧,制品强度高、韧性好、密度低,克服了岩矿棉粒粗扎手,质量难以保证的缺点。而我国岩矿棉生产多采用高压喷吹法和普通多辊离心法,生产出的岩矿棉纤维直径一般在7μm左右,土法小矿棉生产的产品,纤维直径在10μm以上,且渣球含量高,不稳定。部分以多辊离心法成纤的万吨级以上生产线能够生产出质量稳定的产品,其总体质量相当于发达国家90年代初的水平。在岩矿棉制品与应用领域开发方面,已取得了长足的发展,个别方面已走在了世界的前列,如岩矿棉在轻质墙体和吸声材料上的应用。我国粒状岩矿棉及其制品的生产虽然刚刚起步,但已拥有世界一流的生产线及产品。1998年北新集团年产800万m2的矿棉吸声板生产线正式投产。这条生产线是目前世界上最大的矿棉吸声板生产线之一,在生产技术和产品质量等方面都具有90年代末国际先进水平。但就岩矿棉的总体应用量特别是在工业、民用建筑中的应用来说,我国与发达国家相比还有很大差距。如日本岩矿棉制品90%以上用于建筑领域,其中采用喷涂方式应用的岩矿棉占50%。美国岩矿棉总产量约350万t,占世界总产量的50%,是我国1998年实际产量的7倍,其中40%用于建筑。美国1998年国内岩矿棉吸声板的销售量达到2.5亿m2。2我国纤维喷涂设备的改进我国耐火纤维工业起始于70年代,当时主要生产普通硅酸铝纤维。80年代中期先后从国外引进了4条干法针刺毯生产线(首钢耐火材料厂、贵阳耐火材料厂、陕县电器厂、广东南海恒泰厂),标志着我国耐火纤维的生产跨入了世界先进水平的行列。在此基础上至今已创新地研制出约25条生产线。我国的科研设计人员还因地制宜开发出成本低廉的小型干法生产线。这些生产线主要生产普通硅酸铝纤维、高纯硅酸铝纤维和高铝纤维。这些生产线的建立为满足80年代末和90年代初我国急剧膨胀的高温工业作出了重要贡献。在这一时期我国耐火纤维年产量超过了3万t。进入90年代我国耐火纤维的质量、品种和推广应用均取得了长足的发展,先后开发出多晶氧化铝纤维、多晶莫来石纤维和含锆纤维,使用温度由原来的高纯硅酸铝纤维的1200℃提高到1500℃。成本适中的含锆、含铬纤维可以高于1300℃长期使用,能够满足大多数窑炉作为直接内衬。除此之外,还研制出耐火纤维的各种组件、制品、喷涂料、浇注料等,并出现了安装配套材料的专业生产厂。引进美国纤维喷涂机在国内展开了全纤维喷涂窑炉内衬,目前已在陶瓷、石化行业取得了较好的成功经验。由于经济效益良好近一二年国内又涌现出余家纤维喷涂企业所用喷涂设备也从全盘引进改为国内翻版、创新。虽然我国耐火纤维工业从整体来说,目前的发展水平大概相当于发达国家80年代末至90年代初的水平。与发达国家相比,差距主要表现在以下几个方面:2.1生产线大规模跨国经营90年代以来,国外耐火纤维生产企业为了增强企业的抗风险能力,提高竞争力,大都进行了重组、合并、兼并,形成了更大规模的跨国经营。在这种优胜劣汰的潮流下,部分生产能力在1000t/年以下的生产线早已被淘汰。而我国众多的耐火纤维生产厂家中,生产能力在1000t/年以上的生产线寥寥无几。部分生产厂家人员过多、质量监控条件差,甚至以次充好、竞相压价,导致了经济效益的恶性循环。2.2生产工艺的自动化连续干法生产纤维毯的技术早在20多年以前国外就已开发成功。我国在80年代及时地引进了这种生产线。虽然这些年来该生产工艺的基本技术变化不大,但发达国家经过这20多年的自动化变革,其明显的效果是产品质量稳定性进一步提高和劳动力进一步减少。而我国的连续干法生产线自80年代引进以来自动化程度变化不大。2.3添加铬纤维的方法我国几乎1/2的厂家只能生产使用温度在1000℃以下的普通型和Al2O3含量在50%~58%的普通高铝型耐火纤维。这2种产品由于渣球含量高,隔热性能不够理想在国外正在被淘汰,生产量最大的是最高使用温度在1260℃的高纯型产品。我国的低档次普通硅酸铝纤维制品近几年在电力行业发掘了很大市场,主要是托贝莫来石型硅酸钙制品在许多电厂退出后取而代之。国外使用温度在500~1000℃的绝热场合除了使用托贝莫来石型和硬硅钙石型2类硅酸钙产品外,还出现了一种与钙长石具有相近化学成分的纤维,这种纤维使用温度高于玻璃棉和岩矿棉,而与普通硅酸铝纤维类似。这种材料具有与离心玻璃棉一样的长径比和柔性。制品几乎无渣球,可以制成高强度的板材,体积密度在100kg/m3左右,导热系数与同密度的硅酸钙制品相近,而抗折强度是硅酸钙板的2~3倍。我国的多晶氧化铝纤维、多晶莫来石纤维、含锆纤维等虽然已能工业化生产,但在生产工艺控制、大规模生产线的建立以及推广应用等方面与发达国家相比还有一定差距。由于我国铬资源缺乏,使用温度在1400℃左右的含铬纤维的工业化生产基本上还是空白,而国外大量已用来制作整体炉衬。应用方面,国外一些早已推广的应用领域我国还刚刚起步,如:轧钢加热炉的全纤维炉顶(长期使用温度1300~1400℃),全纤维钢包包盖(长期使用温度~℃),全纤维陶瓷梭式窑(长期使用温度1200~1500℃),全纤维台面窑车及全纤维乙烯裂解炉炉衬(长期使用温度1200~1400℃)。3膨胀珍珠岩在工业化生产中的应用膨胀蛭石是我国最传统的无机保温材料之一,虽然在其后出现了很多性能更优异的无机保温材料,膨胀蛭石仍以其具有传统势力的角色、低廉的成本、使用的方便性在保温材料市场中占有一席之地。特别在我国农村和乡镇的建筑市场中仍占有重要地位。膨胀蛭石的工业化生产在我国已有几十年历史,但生产的技术与方法几乎没有什么发展,仍然沿袭60~70年代的设备和分散经营的方式。膨胀蛭石的使用多以原始的膨胀颗粒作为散状充填料的方式。在蛭石系列产品的开发方面我国近几十年来几乎处于停顿状态。虽然我国一些高等院校和科研单位也进行了一些研究开发,如蛭石浇注料的研制、蛭石高强隔热板的研制等,但没有进入工业化生产或大范围应用阶段。我国膨胀珍珠岩的工业化生产起始于60年代,在60~70年代是我国最重要的无机保温材料。生产工艺基本上是我国科技工作者和设计人员自己发展起来的。生产多以竖窑为主,30多年以来改进不大,基本继承了60年代我国膨胀珍珠岩工业蓬勃发展时期的生产工艺。在制品开发上,经科技人员不断努力,开发了憎水珍珠岩板材、弧形瓦、管壳等产品,膨胀珍珠岩轻质墙体材料、膨胀珍珠岩吊顶板、内墙隔板、膨胀珍珠岩屋面隔热板材、隔热枕、隔热垫以及具有憎水功能的膨胀珍珠岩整体屋面隔热材料等。在建筑和窑炉方面还大量使用了膨胀珍珠岩浇注料、膨胀珍珠岩涂抹料、膨胀珍珠岩砂浆内墙隔热材料;还以膨胀珍珠岩为主要原料开发出具有纤维增强的憎水性复合硅酸盐涂料。膨胀蛭石和膨胀珍珠岩作为保温材料早在50~60年代在发达国家就已经是成熟技术,近些年来有关这方面的新的研究成果和应用技术报道很少,但这2类材料作为保温材料依然用量很大。如1993年报道的一组数据显示:美国膨胀珍珠岩及制品总产量为900万m3,俄罗斯为500万m3,希腊为150万m3,意大利为150万m3,日本为1500万m3,匈牙利为100万m3。在这些国家中,膨胀珍珠岩应用于建筑的比例平均为80%。我国膨胀珍珠岩及其制品的总产量与美国相近,也主要用于建筑。最近几年广大农村及乡镇建筑保温使用膨胀蛭石及膨胀珍珠岩的比例逐年增大,而在大城市则逐渐被泡沫塑料制品和矿棉、岩棉及玻璃棉制品(主要是轻质墙体、隔墙板及屋面板等)取代。我国泡沫玻璃的开发与试生产起始于年代但由于投入不足和工艺要求较为苛刻,使泡沫玻璃的生产一直未能有一个较大的发展。我国泡沫玻璃优级品的质量与发达国家的产品相当,但生产工艺还没有真正过关,且生产企业产量小,经营分散,设备效率低,自动化控制程度低。4我国水质耐火砖的发展概况我国轻质隔热耐火材料的生产起始于50年代。50~60年代基本上以原始的轻质粘土砖和轻质高铝砖为主,压制法成型,有机物燃烬法造孔,体积密度在1000kg/m3以上。60~70年代,发展了硅藻土砖、漂珠砖,同时轻质粘土砖和轻质高铝砖的性能进一步提高。体积密度在600kg/m3的轻质粘土砖和轻质高铝砖已能实现正常生产。但这时的轻质粘土砖、轻质高铝砖、硅藻土砖和漂珠砖由于强度和耐温性限制,一直主要作为隔热层使用而没有作为耐火内衬。80年代是我国轻质耐火砖蓬勃发展的时期。为了与宝钢二期工程配套,由冶金工业部投资3000万元在辽宁抚顺建立起一条年产3000m3的高档轻质耐火砖生产线。该厂以有机物(锯末)燃烬法生产体积密度560~1600kg/m3的轻质耐火砖,使用温度为1300~1700℃。该系列轻质耐火砖属硅酸铝系统,含铁量极低,成品砖为白色。砖内主晶相为莫来石,因此又称莫来石隔热砖。莫来石隔热砖一般要经过切磨,尺寸公差控制在±0.5mm以内。该生产线的建立标志着我国轻质耐火砖的生产已跨入了世界先进行列。莫来石系列隔热砖具有较高的强度,可以直接作为耐火内衬,因此在一段时间内市场迅速扩大,一度出现了供不应求的局面。80年代末至90年代初,在河南平顶山,河北清河、唐山,山东淄博,江苏宜兴、东台出现了十几家生产这类产品的工厂。莫来石隔热砖迅速在石化行业乙烯裂解炉,陶瓷辊道窑、隧道窑、梭式窑以及箱式电炉上普及。在此同时,还出现了泡沫刚玉砖、轻质堇青石耐火砖等品种。90年代中期以来又出现了以钙长石为主晶相和以钙长石作为结合相、莫来石作为主晶相的轻质耐火砖。这种耐火砖体积密度最低可以到400kg/m3,耐压强度可以与密度为600kg/m3的其它轻质耐火砖相近。我国轻质耐火砖的发展,总体上说,就品种和配方而言,与国际持平,个别技术还处于领先地位。但从装备的自动化水平、生产规模以及产品质量稳定性等方面与发达国家相比还有较大差距。不定形耐火材料近几年在我国发展很快,应用量最大的是莫来石隔热砖下脚料制成的砖砂或专门合成的轻质莫来石熟料制成的轻质耐火浇注料,还有以耐火纤维作为主要成分的纤维浇注料。轻质耐火浇注料不仅可以现场浇注成为具有隔热功能的整体耐火炉衬,还可预制成各种异型部件供窑炉工业选用。我国部分厂家生产的不定形隔热耐火材料与进口的材料性能相近,部分品种是国外所没有的。5阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料制品有机绝热材料中目前应用最多的是泡沫塑料。泡沫塑料是目前工业用绝热材料中体积密度最小、导热系数最低的一类,其体积密度一般为12~70kg/m3,导热系数一般在0.031~0.047W/(m·K)。可作为绝热材料使用的泡沫塑料有聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、脲醛泡沫塑料、酚醛泡沫塑料等。其中以聚氨酯泡沫塑料和聚苯乙烯泡沫塑料用量最大。聚氨酯泡沫塑料比聚苯乙烯泡沫塑料成本高一些,因此我国大量应用的主要是聚苯乙烯泡沫塑料。自80年代以来,我国在泡沫塑料制品的开发方面取得了长足的进展,研制成功了阻燃型的聚苯乙烯泡沫塑料制品。这种制品主要用于低温管道、电冰箱及建筑保温。采用阻燃型聚苯乙烯泡沫塑料制品的钢丝网架复合板,自1985年华南建材公司引进美国卡文顿公司第一条生产线以来,目前国内引进、翻版及自行研制的生产线(部分为手工生产线)已有300余条。这种复合板有的在工厂喷涂水泥砂浆,硬化后运往施工现场进行安装;有的在施工现场安装后再喷涂水泥砂浆。阻燃型聚苯乙烯泡沫板虽然自己不能燃烧,但在火焰的烘烤下仍能参与燃烧且放出有毒气体。因此,要求其厌氧指数不小于30,外覆水泥砂浆不得小于25mm厚,任何部分均不得有外露现象。用聚苯乙烯泡沫塑料板制作的彩钢复合板目前应用也逐渐增多,我国年生产能力在600万m2以上,目前主要在大跨度公共建筑及冷库等工业建筑中使用。我国泡沫塑料制品的生产水平很不平衡,大部分产品的性能与国外持平,但生产规模和自动化程度与发达国家相比有较大差距。与近几年引进的彩钢复合板生产线相比,国内生产的复合板生产线技术水平接近或达到引进生产线的技术水平,但在管理和成本上还有差距。6其他绝热材料6.1硬硅钙石型硅酸钙知识的生产我国硅酸钙保温材料的研究起始于70年代初。1972年由上海市建筑科学研究所和上海电力建设保温材料厂协作以浇注法生产出第一批硅酸钙保温制品。80年代又发展了抄取法和压滤成型法。80年代中期至90年代初期是我国硅酸钙保温材料工业蓬勃发展的时期。生产厂家发展到50多家,总产量超过50万m3。这个时期生产的硅酸钙保温材料以托贝莫来石型为主,最高使用温度为600℃,体积密度在170~250kg/m3,主要用于电厂、无机化工厂、石化厂各种热管道的保温少量用于窑炉炉体外侧隔热层年代末期在国家“七五”攻关课题支持下,由中国建筑材料科学研究院承担,在山东莱州建立了我国第一条生产硬硅钙石型硅酸钙保温材料的示范生产线。到90年代末,我国已建立了近10条硬硅钙石型硅酸钙保温材料生产线。部分厂家由于工艺技术不成熟而下马。目前我国已能生产体积密度在170~260kg/m3的硬硅钙石型硅酸钙保温材料,总产量约3万m3/年。体积密度在600kg/m3以上的高强型产品以及体积密度在130kg/m3以下的超轻产品目前正在试制中,未能形成批量生产。中国建筑材料科学研究院承担国家“九五”攻关课题已研制出体积密度在110kg/m3以下的样品。硬硅钙石型硅酸钙保温材料最高使用温度为1000℃,相同体积密度时其抗压、抗折强度比托贝莫来石型硅酸钙保温材料约高出1/3。因此,硬硅钙石型硅酸钙保温材料一般用于高温窑炉的保温。日本是世界上硅酸钙保温材料产量最大、技术最先进的国家,体积密度为110kg/m3的硬硅钙石型硅酸钙制品已能批量生产,除了用于高温窑炉之外,还用于船上冷库、冷藏运输车上作为保冷材料。最近,日本还成功地开发了密封和抽真空技术,体积密度为110kg/m3的超轻硬硅钙石型硅酸钙保温材料经过密封和抽真空处理,导热系数可以下降到0.03W/(m·K)以下,用于冷藏绝热具有保冷效果好、节省空间和防止结露等综合优势。我国托贝莫来石型硅酸钙保温材料在80年代末蓬勃发展时期曾出现过一些质量低劣的产品。这些产品应用在电厂、化工厂及钢厂的一些热工设备上曾出现大面积粉化,极大地影响了这种产品在市场上的信誉度。因此,使这种产品的市场占有量急剧下降,目前只有几家企业能够正常生产,多用于出口,而其余企业多处于停产、半停产状态。6.2泡沫石的生产世界上第一条泡沫石棉生产线是由原西德的瑞克斯公司于60年代初建成的。我国泡沫石棉的研制和生产起始于70年代末,现在全国年产量约为15万m3。我国泡沫石棉的生产技术基本上是独立发展起来的。为避免石棉的致癌性,一般选择蛇纹石石棉作为泡沫石棉的原料。生产工艺一般分为浸泡松解、打浆浇注、定型烘干、切割等工序。我国生产的泡沫石棉优等品体积密度不大于30kg/m3,导热系数(常温)不大于0.046