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    莫來石耐火材料
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    成型工藝對莫來石質隔熱耐火磚性能的影響
    時間:18-04-13  來源:榮盛耐材

    工業窯爐的節能一直是冶金、機械、化工等耗能大戶亟需解決的重點問題,采用體積密度小、導熱系數低的輕質隔熱材料作爐襯是其有效的解決途徑之一。莫來石質隔熱耐火磚因其低導熱、低熱容、耐高溫、抗熱震性良好、尺寸精度高、結構均勻等優點,適用于冶金、石化、建材、陶瓷、機械等領域的各種工業爐熱面襯里和背襯,因其可與火焰直接接觸,故是一種極其優異的隔熱耐火材料。

    莫來石質隔熱耐火磚主要是通過在材料內部造孔的方法來達到輕質、隔熱的效果,因此其制備原理就是向材料中引入氣孔,主要有燃盡物法、泡沫法、化學反應法、多孔材料法、凝膠注模法、冷凍干燥法、原位分解法等常見方法。其中燃盡物法又可因成型方式的不同而分為擠出法和機壓法。以不同的制備工藝對莫來石質隔熱耐火磚的性能具有重要影響,為了探索不同工藝對莫來石質隔熱耐火磚的影響,實驗分別以機壓法、擠出法和泡沫法三種方式制備莫來石質隔耐火熱磚,并對其性能做了對比。

    1實驗

    1.1原料

    實驗主要原料如下:粘土、煅燒氧化鋁(ω(Al2O3)≥99,D0.5為0.043-0.1mm)、煅燒莫來石粉(ω(Al2O3)≥65,D0.5為0.1-0.5mm)、板狀剛玉(ω(Al2O3)≥99.4,D0.5為0.043-0.2mm)、藍晶石和硅線石。實驗所用的泡沫劑為十二烷基磺酸鈉,所用的燃盡物為鋸末和聚丙乙烯球,結合劑為聚乙烯醇(PVA)。

    1.2制備

    泡沫法:實驗原料按照表1中1#配比預混4h后,加入30~35wt%的水使粉料混成均勻、穩定的漿體;然后將泡沫劑加水后高速攪拌制得穩定的泡沫;最后將泥漿與泡沫混合均勻,注入40mm×40mm×160mm的模具中,并輕微振動以除去大氣泡后,置于室溫中自然干燥8~12h,脫模,并于110℃烘烤24h后,于1550℃燒成并保溫3h得到莫來石質隔熱耐火熱磚。

    機壓法:實驗原料按照表1中2#配比預混4h后,將聚乙烯醇稀釋后加入混合均勻的粉末,攪拌10~15min,以5MPa的壓力擠壓成114mm×65mm×230mm的坯磚,經110℃烘烤24h后,于1550℃燒成并保溫3h得到莫來石質隔熱耐火熱磚。

    擠出法:實驗原料按照表1中3#配比預混4h后,加入10~15wt%的水后攪拌均勻,并經過困料、煉泥等工藝程序,以擠出的方式制備出114mm×65mm×230mm的坯磚,經110℃烘烤24h后,于1550℃燒成并保溫3h得到莫來石質隔熱耐火熱磚。

    表1 實驗原料配比 (wt%)

    粘土 氧化鋁 莫來石 板狀剛玉 藍晶石硅線石 其它
    1# 10-15 15-25 20-30 15-25 5-15
    2# 10-15 15-25 20-30 15-25 5-15 鋸末
    3# 10-15 15-25 20-30 15-25 5-15 鋸末+聚丙乙烯球

     

    2? 結果與討論

    (1)成型方式對線變化的影響

    莫來石質隔熱耐火磚試樣經1550℃燒成3h后,采用泡沫法制備的樣品線收縮率最大,達到2.4%;而采用擠壓法制備的樣品線收縮率最小,僅為1.3%。進一步將試樣在1620℃的溫度下重燒12h,采用泡沫法制備的樣品重燒線收縮率反而最小,為0.73%;而采用擠出成型方式制備的樣品重燒線收縮率最大,達到了1.56%。

    采用泡沫法制備的莫來石質隔熱耐火磚具有燒后線收縮率大而重燒線收縮率小的特點,其主要原因是其結構更加均勻,氣孔的孔徑分布呈現微-納米共存的兩極分布,燒結更加充分導致的。另一方面,采用機壓法制備的莫來石質隔熱耐火磚燒后線收縮率和重燒線收縮率均比以擠出法制備的要小,這主要是成型過程的受力方向不同所致,采用機壓法制備的樣品在燒成過程中會產生一定程度的膨脹。

    (2)成型方式對強度的影響

    采用泡沫法制備的莫來石質隔熱耐火磚具有較好的耐壓強度和抗折強度,耐壓強度達到5.6MPa,抗折強度達到3.2MPa;而采用機壓法制備的樣品耐壓強度和抗折強度均很低,僅為前者的1/4。后者強度偏低的主要原因是機壓成型過程中造孔劑的“彈性后效”效應,這導致了制品出現內部裂紋。

    (3)成型方式對荷重軟化溫度的影響

    采用泡沫法制備的莫來石質隔熱耐火磚的荷重軟化溫度比采用機壓法或擠出法高出100℃,而采用機壓法與擠出法制備的莫來石質隔熱耐火磚的荷重軟化溫度相差無幾。隔熱材料的荷重軟化溫度的高低,除了與材料的化學及物相組成有關,還與其氣孔結構密不可分。采用泡沫法制備的莫來石質隔熱耐火磚中,圓氣孔均勻散布其上,可以有效地分散應力的集中,提高抵抗外力而不變形的能力,同時其微-納米級組合的孔隙結構,可以有效分散熱應力,使其在高溫條件下具有較好的體積穩定性。

    (4)成型方式對導熱系數的影響

    在體積密度相同的情況下,采用泡沫法制備莫來石質隔熱耐火磚的導熱系數比采用機壓法或擠出法的更小。導熱系數與制品的氣孔率密切相關,氣孔率增加,增加了氣-固相界面,增大了固相導熱的聲子散射,進而降低了耐火材料的熱導;同時導熱系數還與氣孔孔徑密切相關,高溫條件下,氣體分子的運動加劇,其平均自由程因碰撞幾率加大而有所縮小,當氣體分子運動的平均自由程越接近于甚至大于該范圍內微孔的尺寸,氣孔內對流傳熱作用減弱,材料的熱導率出現降低。采用泡沫法制備的莫來石輕質隔熱磚的孔徑為微-納米級孔,其對流傳熱極大地降低,隔熱效果顯著提高。

    3結論

    通過比較三種不同成型方式制備的莫來石輕質隔熱磚的性能,我們可以看出,采用泡沫法具有隔熱效果好、荷重軟化溫度高、強度好、重燒線變化率小等優點,因而具有明顯的優勢


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