闭孔轻质隔热耐火砖

总第 期 应 用 科 技 】 年第 期 闭孔轻质隔热耐火砖 杜德进 管理工程系 【摘要 】本文主要介绍 闭孔轻质隔热耐 火砖产品的试制工 艺和对其物理性能的分 析 , 并分析了闭孔对于降低密度 、 导热 系数所起的重要作用 文 中还介绍 了两个 品号的试制品的性能指标 ① 。 关健词 隔热 ’耐火 ’漂珠 ,’导热 系数 ,’闭孔 引 言 工业窑炉和各种高温反应器 , 是大量消耗能源的设备 。 这些设备在运转时 , 有相 当大 的一部分能量是通过炉壁而损失于大气之中 , 如陶瓷燃烧炉中 ,通过炉壁而损失的能量就 占到烧结时所需要的总耗能量的 , 。 一 因此 加强隔热保温 、 减少庐墙散热和降 低蓄热损失 , 对节能具有重要意义 。 在今后若干年内 , 国内将有一大批旧的工业炉窑被淘 汰或进行改造 因此 , 发展新型的耐火 、 隔热和保温材料 , 是我国 “ 八五 ’和十年规划 的重点项 目之一 。 实验证明 , 从高温区到低温区 , 热量是通过传导 、 辐射和对流这三种方式在隔热材料 里传递的 隔热的效果是由材料内部的结构和温度两个因素决定的 , 而温度的影响效果又 受于内部组织结构的制约 , 所以说 , 内部的组织结构对热传导起主导的作用 本文介绍一种具有多闭孔 、 多相 、 不均匀 、 多晶体的新型耐火材料 由于它具有独特 的双重多闭孔的内部结构 , 使其具有密度小 、 导热系数小 、 热容量小 、 适用范围 ’一 、 热稳 定性好 、 烧制能耗低等许多优点 另外 , 还由于它使用从电厂粉煤灰中选 出来的漂珠作主 要原料 , 变废为宝 , 有利于环境保护 。 因此 , 这对研制和发展闭孔轻质隔热耐火砖具有极 其重要作用 现将闭孔轻质隔热耐火砖制品的设计和试制问题叙述如下 。 试制部分 原料 原料包括骨料 、 粘结剂和成孔料三组份 二 ①收稿 日期 一 一 一 一 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 骨料 骨料是从燃煤电厂粉煤灰中分选出来的漂珠 漂珠是一种透明到半透明的中空玻璃球 体 , 亦称为空心玻璃微珠 , 其主要成份为 ’一 , , 一 , , , 一 ’ , 其他成份 漂珠中 一 是以结晶相出现的均质玻璃体 , 主要有莫来石和石 英 粒径为 一 料 , 容积密度为 一 ’,耐火度随化学成份的不同而有所变 化 ,大约在 一 ℃之间 常温下 , 漂珠的导热系数为 邱一 ” · 松散 漂球粉料 的 导 热系数为 · , 体积热容量 为 勺 议 , 比 热 容 为 · 从常温加热到 ℃ ,漂球的大小和形状均不改变 ,而有机碳被烧掉 总 之 , 由于漂珠具有颗粒微小 、 中空 、 密度小 、 导热系数小 、 耐高温 、 热稳定性好 、 充填性 好等优点 , 因此 , 它是一种理想的轻质耐火砖材料 。 粘结剂 采用高铝矾土作为粘结剂 它同时还起到调节制品中 , 含量 ,使制品中 含 量控制在 一 之间 , 从而使制品的耐热温度在 ℃以上 。 另外 , 根据不 司情况 还可适当添加一些辅助材料 、 以达到减少收缩率的 目的 成孔料 采用泡沫球作为成孔料 泡沫球用专门的工业方法制取 , 价格低廉 球释在 一 之间 , 并用筛子进行分选 。 为使砖坯在压制成型时 , 泡沫球的形状改变尽 可能地小 , 对球 表面用化学方法进行特殊的硬化处理 。 泡沫球在砖中的添加量应按制品的密度设计来计 算 , 成孔率一般占容积的 一 上述三种主要原料及一些相关辅料的配方 比例由下面两个因素决定 一是根据对烧成 品的密度 、 耐热温度 、 导热系数的设计要求‘ 二是根据原材料的化学成梦和密度 的 已知 值 根据采用不同比例的漂珠 、 矾土 、 成孔料的配方 , 可以制成具有不 同密度 , 耐热温 度 、 导热系数和耐压强度的闭孔轻质隔热耐火砖系列制品 。 成型与烧制 成型 首先将经过计算确定配方比例的漂珠 、 矾土 、 辅料拌匀并湿透 、 静置 , 再加人成孔材 料拌均匀 , 然后压制成型 脱膜后的砖坯先放在室温空气中干燥一昼夜 , 后移入 干燥坑干 燥 , 使砖的含水率控制在 左右 , 由此制得成品砖坯 烧制 把经过干燥的砖坯装人 窖内 , 点火烧制 开始时缓慢升温 , 在 ℃以前 ,升温速度小 几 ℃ , 最高温度为 ℃ ,保温 一 后撒火 ,经 自然冷却后 出窑 。 砖坯在燃制过程中发生热化学变化 烧结是在固相反应状态下进行 砖坯内互相接触 的微珠和矾土颗料在高温加热条件下 , 使其表面积变得最小 , 并使接触面积增大 , 使颗粒 之间连结成一个密实的整体 , 从而提高制品的耐压强度和耐热温度 在较低温度下烧制 时 , 成孔料经过熔化 、 气化 、 燃烧而形成小孔 只要在制作砖坯前拌料均匀 、 就能保证所 成小孔形状完好 、 分布均匀 、 互不联通而各 自封闭 另一方面 , 原料中微珠颗粒是中空玻 璃球体 , 在 ℃温度下 , 其微孔形状可保持不变 。 下面两幅照片所示是显孔率为 的“ 闭孔轻质隔热耐火砖“ 两种品号制品 。 一 】 一 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 号显孔孔径 如 , 显孔率 图 号显孔孔径 ,显孔率 主要理化性能及其分析 密度 密度小是本制品的一大特点 这是因为制品充满微孔和显孔双重孔穴 , 总成孔率在 以上 制品密度可按下式进行设计计算 。 犷 二 —一丁厂一一一一 式中 , 匕 ,几 , 犷 分别为漂珠 、 矾土的密度和容积 , 刀为结合系数 , 由实验测定 , 其值 在 “ 一 之间 只要调整漂珠 、 矾土 、 成孔料的比例 , 即可制出密度不同的闭孔轻质隔热耐火砖制 品 图片所示的显孔率为 的制品 ,其密度比不带显孔率的密度降低 巧 左右 导热系数 导热系数小 , 隔热效果好是本制品的另一大优点 这对于连续运转的热工设备尤为重 要 。 本制品之所以导热系数小 ,隔热效果好 ,是有以下原因 制品具有徽孔和显孔双重空心结构 气孔是各 自封闭 、 互不相通的 , 气孔壁又 是被烧结实的 , 这样就有效地阻断了热对流的进行 , 从而有效地减少了热量因对流而发生 的散失 在多孔多相高温隔热耐火材料中 , 热量除在固相里传递外 , 气孔里也有热量传 递 由于气孔是封闭的 , 热传导只能通过气体分子间的碰撞过程进行 实验证明除 外 , 大多数工业气体的导热系数大体相同 , 而且比固体材料的导热系数小得多 如图 所 示 。 一 一 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net ‘‘︶,、︶,‘八 ︵斌·日︶沐 、气全执 气孔率对有效导热系数产生主要影响 在纯 导热 即无对流和辐射 时 , 充满气体的气孔占 热传导较小的比例 , 而固体晶格的热传导占决定 性比例 , 即有效导热系数与无气孔固体的导热系 数有关 , 见图 温度也影响着有效导热系数 , 随着温度的升 高 , 导热系数相应增大 由实验可以得出一个重 要推论 , 即隔热材料对于各个使用温度都有一个 最佳气孔率及体积密度 在这个最佳气孔率和体 积密度范围内 , 其隔热效果最好 , 对于实际应用 具体规格的闭孔轻质隔热耐火材料 , 其最佳值由 实验测定 。一飞茄百茄面奋 前不万丽 ℃ 图 各种气体的导热 系数 由于本制品的导热系数比无气孔或开 口 又 又 一 一 一 一理论分析值 —测量值曰八下 一一李一 又对流 绷睽藕昨 一一 一 兄。。 , 月 , , 、 一 一 八固体、 户一口 一一 、丈子 一 气孔率 图 有效导热 系数与气孔率关系形 成原理 图 附 表 气孔同质制品的隔热耐火材料的导热系数小 得多 , 因此 , 能更有效地减少热量因热传导 而发生的损失 气体的热容量大大低 于固体材 料 的热容量 本制品中存在有大量闭气孔 , 使 其热容量 比同质无气孔制品小得多 这一点 对于减少间歇性运转的热工设备的热量损失 具有重要作用 计算表明 、 照 片所示 的带有 显气 孔率的制品 , 其导热系数比不带显气孔时同 一材质制品的导热系数降低 左右 附表列 出了本制品 号与国内外其它制 品及有关的各项性能的比较 。 ‘‘几‘ , ‘协几 一 一 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 由上表可知 , 所研究产 品 号主要性能指标 , 特别是密度和导热系数均高于 国家标 准 , 也高于其它不含闭孔的同类产品 参 考 文 献 陆平鸣 , 田风仁 高铝质漂珠耐火隔热砖的研制 耐火材料 , 肖金凯 粉煤灰空心徽珠的理化特性 耐火材料 , , 隔热耐火材料内部热传递问题及其发展 国外耐火材料 , 仁科利纯等 耐火材料的烧成技术 国外耐火材料 , , 世界高级耐火材料技术的发展 国外耐火材料 , 兀 · · 坦 。 等 隔热性好的刚玉轻质耐火材料 国外耐火材料 , 一 一 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net