高强漂珠保温砖

  目前国内各种工业窑炉设备中，如何选用优质隔热保温耐火材料，大幅度降低能源消耗，提高窑炉设备的热效率，在能源紧张的情况下是一项极其重要的施措。众所周知，耐火材料的导热系数、气孔率和体积密度直接影响窑炉设备的节能效果。因此，一种具有材质轻、强度高、导热率低的材料来制造高强度隔热保温耐火材料，是一个极待解决的问题。燃煤发电厂粉煤灰中分选出来的漂珠具有上述优点，是生产高强漂珠保温砖的理想原料。

  漂珠的基本特性

  常温特性

  空心漂珠是呈中空、质轻、强度高的玻璃球体，因比重轻，浮于水而，俗称漂珠。多数为灰白色微粒，外表浑圆。其主要化学成分如表1。

  从表中可以看出漂珠相当于Al2O3含量偏低的一般耐火原料组份，处于SiO2—Al2O3系二元平衡相图中粘土质制品范围

  内。因此它的物理化学性质及在高温下的基本特性，与粘土质耐火制品大致相同。

  空心漂珠的粒径一般为20~400um，其中多数大于80um。容重0.34~0.36g/cm3。壁厚1~2um，其中多为5~18um。并有少量复合球粒及实心珠粒。

  高温性能

  耐火度：漂珠耐火度随Al2O3含量的高低有所波动，一般为1600~1650℃，我们使用的漂珠耐火度为1630℃。

  析晶及变形温度：试验表明，漂珠析晶温度为1100℃，球体变形温度为1200℃。当温度升至1250℃时漂珠体变形

  较严重，1280℃时约有50%球体被破坏，1300~1320℃大部被破坏。故漂珠制成的轻质砖烧成温度以1180~1250℃为宜。但随着其Al2O3含量提高，烧成温度可以提高到1300~1320℃。

  试制工艺

  原料的确定：我们采用茅村发电厂粉煤灰中分选出来的漂珠为主要原料，其化学成分见表2。

  漂珠及软质粘土的化学成分

  结合剂及其它添加剂：空心漂珠属于无塑性材料，比表面积大，因此选择结合剂必须能与漂珠颗粒表面具有吸附及亲合作用，以便形成一层粘附薄膜，在烧成温度范围内形成陶瓷型结合，从而提高制品的强度。

  根据上述原则，我们选用具有高可塑性、分散性，烧结温度低于1250℃的优质粘土作结合剂。其化学成分见表2。

  再选用具有胶结作用的无机盐，如磷酸盐、硫酸盐或其复合盐作添加剂。为调整和稳定制品的体积和密度，还可加入适量的锯木屑。

  配方的选择：以漂珠为主要原料，加入不同量软质粘土，并用高铝矾土来调节制品的含量，再加入少量锯木屑及

  其它添加剂，通过试验寻求体积密度分别为0.5、0.6、0.7、0.8、0.9及l.Og/cm3的各种配方。经试验筛选出6个较理想的配方。

  试制的样品呈淡黄或深黄色，表面致密，没有裂纹，强度较高。试样主要技术指标列于表3。

  泥料混合、成型及干燥：将泥料加水混合成胛料，手工捣打成标准型砖，投入干燥坑或隧道干燥器内干燥，由于成型水份较高，干燥时温度不宜过高，干燥速度不宜过快，我们取80~100℃，时间24小时，残余水份控制在1~2%。

  烧成试验：漂珠质制品的烧成制度要求严格，其最高烧成温度的允许波动范围较窄。为防止砖坯在烧成过程中变形，砖坯不宜排列过高。我们将试制的样品在电炉和隧道窑中于1150~1350℃内烧成，保温1~3小时。

  从烧成试验中可见，配方和试验条件相同，由于烧成温度不同，其体积密度、常温耐压强度和烧成线变化都不一样。一般随温度升高三者变大。当温度高于规定值30℃以上时，有的砖样收缩率高达17%。这说明烧成温度和允许波动范围的控制是关键。

  另一个十分重要的环节就是升温和冷却速度要适当控制。其烧成与冷却时的热工制度应与一般粘土高铝砖基本相同，否则会造成裂纹。

  生产工艺

  我们在试验基础上选取五个较理想的配方，并取其中的杪配方进行批量生产。

  漂珠经干燥使其水份<15%，加入结合剂和添加剂后机械拌料混合，手工捣打成型(机械成型亦可)。所配泥料可在比较大的压缩比范围内成型，因此，必须控制坯体的单重和尺寸，否则制品的体积密度和常温耐压强度等性能将有较大的波动。

  成型时泥料中的空气易于排出，不易产生弹性后效而层裂。但体积密度≤0.6g/cm3的砖坯容易产生重皮及层裂现象。砖坯脱模比较方便。

  砖坯烘干至残余水份<

  2%后在隧道窑中烧成。采用架子砖搭笼，使其不见明火(半隔焰式)，防止制品表面受急热使漂珠颗粒暴裂而出现网状裂纹或龟裂。烧成温度为1180~1320℃，总的烧成时间为70~74小时。

  成品性能和使用

  理化性能见表4。

  制品物理性能检验如表4。

  显微结构：在1180~1200℃烧成的制品，漂珠颗粒保持完整的球状，没有明显的变形和破裂。

  NG-0.5与NG—0.6制品大致相同，都为多孔结构，由500um以内直径的空心球被胶结相胶结而成。胶结相主要由少量粘土

  颗粒及细粉构成，部分胶结相与少量珠粒结合在一起形成复合球粒，少部分球粒为实心胶结相构成。空心球内包裹有少量不透明矿物，分散型的胶结相较少，粒径间存在着少量空穴。X光衍射鉴定结果表明：制品的矿物组成以莫来石为主，其次为微粒状石英等。

  产品的使用效果：我厂的漂珠轻质耐火保温砖经一些厂家使用后，节能效果显著。如徐州钢铁厂6#高炉大修时，用于高炉热风总管和热风围管保温层，较大修前散热损失减少22%。永城铝厂等几个厂家反映，新型漂珠轻质砖(LG—1.0)强度高、外形尺寸规整、质量可靠、保温性能好，称为节能之佳品。

  结论

  以漂珠为主要原料，加入适量的结合剂及添加剂制成的隔热保温耐火材料，具有导热系数低、强度高的特点，制品的常温耐压强度是同容重的一般轻质保温砖的数倍，导热系数也低1/3~1/4。制品除用于各种工业加热炉以及中高温管道的隔热保绲层外，还可用于加热炉作内衬，其节能效果显著。

  高强漂珠轻质砖的制造工艺比较简单，一般生产耐火材料的工艺设备均可采用。经济效果比较好，易于推广。故它是一种很有发展前途的新型保温隔热耐火材料。