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以添加氧化鋁空心球來降低莫來石澆注料的導熱系數

添加時間:2024年7月29日  瀏覽次數:

莫來石澆注料具有荷重軟化溫度高,抗熱震性好,抗侵蝕能力強等優良的性能,在工業爐內襯、鋼包包蓋、中間包內襯等方面被廣泛使用。但致密的骨料和基質導致澆注料的熱導率高,使得高溫熱工設備的熱量損失較大,能耗較高。因此實現澆注料輕量化,有必要研發耐高溫、低導熱、高強度和良好抗熱震性的耐火澆注料。

澆注料輕量化可通過輕質骨料或輕量化基質來實現。骨料是澆注料強度的主要貢獻者,性能良好的輕質骨料才能制備出高強低導熱的澆注料。以多孔隙的莫來石質微球、α-AL2O3 SiO2微粉為主要原料,硅溶膠為結合劑,在試樣中生成了大量晶須,從而制備了高強度、低熱導率的莫來石澆注料。在基質部分,同樣可以進行輕量化設計,即在基質中加入造孔劑。 在剛玉-莫來石澆注料中添加了聚苯乙烯泡沫球,當添加量為漿料總體積的50%時澆注料的氣孔率為61熱導率低至0.22w/m·K-1氧化鋁空心球因其耐火度高和熱導率低等優點常被作為骨料制備多孔陶瓷,但其同時也是一種新型的無機造孔劑。在莫來石澆注料中加入30%氧化鋁空心球時,澆注料的體積密度降低至1.96g/cm-³,熱導率為0.89w/m·K-1

輕質莫來石澆注料

綜上所述,同時對基質和骨料進行輕量化設計,可以在保持良好力學性能的基礎上得到熱導率更低的澆注料,從而減少高溫熱工設備的能耗。因此,以5~33~11~0.086mm的微孔莫來石骨料,0.045mm的莫來石細粉,二氧化硅微粉,氧化鋁微粉,2~1mm的氧化鋁空心球造孔劑CA71水泥結合劑及三聚磷酸鈉。為主要原料,來制備輕質莫來石澆注料

1示出了不同溫度熱處理后試樣的常溫強度。從圖中可以看出,試樣的常溫強度隨氧化鋁空心球加入量的增加而降低。同時,隨著熱處理溫度升高,試樣的常溫強度逐漸增大。當氧化鋁空心球加入量為9%,1400熱處理后試樣的常溫抗折強度和常溫耐壓強度分別為11.947.1MPa.110 烘干后試樣的強度主要由莫來石骨料的本征強度提供。但基質與細粉的結合強度并不高,故此時常溫耐壓強度較低。經1400高溫處理后,骨料和微粉間燒結作用使得澆注料中的顆粒之間結合更加緊密,且氧化鋁微粉和二氧化硅微粉反應生成莫來石,提高澆注料強度然而,由于氧化鋁空心球取代了部分骨料,增加試樣的氣孔率,導致力學強度下降。 但氧化鋁空心球提高了莫來石的生成量,且氧化鋁空心球的多孔結構能夠阻礙裂紋擴展,故其強度下降較少。

試樣經1100熱震5次后的常溫抗折強度及其強度保持率,未添加氧化鋁空心球的試樣在熱震3次后斷裂,其余試樣在熱震5次后出現少量裂紋。從圖中可以看出,隨著氧化鋁空心球加入量的增加,試樣熱震5次后的常溫抗折強度基本降低,但試樣的強度保持率逐漸增加。 這是由于氧化鋁空心球為輕質多孔結構,其孔洞內的微裂紋能夠有效緩解裂紋的擴展,從而提升澆注料的抗熱震性能。此外,微孔莫來石骨料中的微孔也有利于增加裂紋的擴展路徑,也提高了澆注料的抗熱震性能.

隨著氧化鋁空心球加入量的增加,試樣的熱導率降低。當氧化鋁空心球加入量為9%時,試樣在1000下熱導率降低至0.38w/m·K-1這是由于氧化鋁空心球的多孔結構,使得試樣氣孔率增加,從而降低熱導率。而微孔莫來石本身也有很多氣孔,也能夠降低試樣的熱導率。 

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