莫來石質(zhì)隔熱耐火磚,莫來石質(zhì)隔熱耐火磚,莫來石磚

工業(yè)窯爐的節(jié)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(shù)低的輕質(zhì)隔熱材料作爐襯是其有效的解決途徑之一。莫來石質(zhì)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(jié)構(gòu)均勻等優(yōu)點，適用于冶金、石化、建材、陶瓷、機械等領(lǐng)域的各種工業(yè)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(yōu)異的隔熱耐火材料。

莫來石質(zhì)隔熱耐火磚主要是通過在材料內(nèi)部造孔的方法來達到輕質(zhì)、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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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，D_0.5為0.043-0.1mm)、煅燒莫來石粉(ω(Al₂O₃)≥65，D_0.5為0.1-0.5mm)、板狀剛玉(ω(Al₂O₃)≥99.4，D_0.5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(jié)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(wěn)定的漿體；然后將泡沫劑加水后高速攪拌制得穩(wěn)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(zhì)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(jīng)110℃烘烤24h后，于1550℃燒成并保溫3h得到莫來石質(zhì)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(jīng)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(jīng)110℃烘烤24h后，于1550℃燒成并保溫3h得到莫來石質(zhì)隔熱耐火熱磚。

表1 實驗原料配比 (wt%)

2? 結(jié)果與討論

(1)成型方式對線變化的影響

莫來石質(zhì)隔熱耐火磚試樣經(jīng)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(zhì)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(jié)構(gòu)更加均勻，氣孔的孔徑分布呈現(xiàn)微-納米共存的兩極分布，燒結(jié)更加充分導致的。另一方面，采用機壓法制備的莫來石質(zhì)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(chǎn)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(zhì)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(yīng)，這導致了制品出現(xiàn)內(nèi)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(zhì)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(zhì)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(guān)，還與其氣孔結(jié)構(gòu)密不可分。采用泡沫法制備的莫來石質(zhì)隔熱耐火磚中，圓氣孔均勻散布其上，可以有效地分散應(yīng)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(jié)構(gòu)，可以有效分散熱應(yīng)力，使其在高溫條件下具有較好的體積穩(wěn)定性。

(4)成型方式對導熱系數(shù)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(zhì)隔熱耐火磚的導熱系數(shù)比采用機壓法或擠出法的更小。導熱系數(shù)與制品的氣孔率密切相關(guān)，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(shù)還與氣孔孔徑密切相關(guān)，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(nèi)微孔的尺寸，氣孔內(nèi)對流傳熱作用減弱，材料的熱導率出現(xiàn)降低。采用泡沫法制備的莫來石輕質(zhì)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(jié)論

通過比較三種不同成型方式制備的莫來石輕質(zhì)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(yōu)點，因而具有明顯的優(yōu)勢