不定形耐火材料如何从原材料开始节能化发展?

2020-11-28 10:10:16 sunfei 309

      摘要:文章重点针对不定形耐火材料存在的高能耗问题展开了分析和研究,并且有效提出了不定形耐火材料的节 能化研究方法,有效提高不定形耐火材料的节能性效益,为不定形耐火材料的使用提出了全新的发展方向。   

      不定形耐火材料在我国冶金建材以及有色金属等高温服务工作中有着广泛的应用,其中大约有70%的材料用于钢 铁的冶炼,77%用于建材行业,有色金属行业的使用量占到了3%。在最近几年的发展过程中,日美欧洲等一些发达 国家,在钢铁材料的生产总量上没有新的突破,但是印度巴西等国家在钢铁的总生产量上不断上涨,全球范围内的钢 铁材料生产总量呈现出全面上涨的趋势。但是在其他材料的生产过程中,比如水泥、玻璃、有色金属以及陶瓷的行 业,在我国以及东南亚等地区发展速度非常迅速,工业炉是高温工业生产过程中消耗能量较大的设备,该环节的能量 消耗量占到了总能耗的40%~70%之间。比如,冶金炉就通过炉体的散热损失占到了总供给热量的75%~50%之间。 由此可以看出,不定形耐火材料在实际的使用和生产过程中存在能源消耗较大等问题,需要提出相应的节能化处理方 法来有效实现不定形耐火材料的节能工作效果。

      1不定形耐火材料的使用发展状况 不定形耐火材料不需要预先进行成型和烧制,已经成为耐火材料当中非常重要的构成环节,我国在不定形耐火材 料的技术研发上取得了非常明显的成绩,在不耐火材料的使用程度上越来越高,材料的基础性能可以有效满足国内高 温产业的生产工作要求。但是随着我国高温工业产业的发展速度不断加快,尤其是国家提出了高温产业节能减排的工 作要求之后,不定形耐火材料的节能化工作是一项非常艰巨的工作任务,需要有效降低炉壁外部表面的热量散失,通 过提高炉壁的厚度,选用导热率较小的保温隔热材料来加以应用,有效提高不定形耐火材料的节能化工作效果。 

      2不定型耐火原料节能措施分析

    (2.1)轻质原料 当前比较常见的多孔不定形耐火材料和多孔陶瓷的制备方式基本相同,主要的方法包含了添加造孔剂法、发泡 法、凝胶注模法以及有机泡沫浸渍法等。在这些工作方法当中会出现有机物分解产生有毒性气体,整个工艺流程相对比较复杂,前期的经济成本投入量相对较大,同时还会出现材料的孔径较大、强度偏低等问题。不定形耐火材料的轻 质化处理之后,可以有效实现材料的节能工作效果,尤其是针对微孔化的处理方法,不但可以提高耐火材料的使用强 度,同时还可以有效降低材料的热传导率,在不影响材料的抗渣性能基础之上,可以有效降低耐火材料的能耗损失量。

    (2.2)空心球原料 氧化铝空心球是轻质耐火材料当中比较重要的原材料之一,除此之外还有开发氧化镁、空心球、玻璃球等相关方 法。通过使用氧化镁空心球来有效替代氧化铝空心球,制作成多孔的原材料。通过回转抗渣侵蚀实验之后,在同等的 工作条件下,抵抗氧化铁的溶渣损失率以及抗渗透性能力,相比于氧化铝空心球的多孔材料超出了5~10倍。使用玻璃 制造和加工过程中产生的废玻璃,通过发泡技术生产得到玻璃空心球,在材料的填充密度上范围保持在0.35~0.42g·c m-3平均的粒径大小为0.25和2.0mm。通过这种玻璃空心球所制成的浇注材料,随着外部温度的不断升高,玻璃空心 球和浇铸材料的基质之间会出现结晶化反应,有效提高了浇筑材料的耐热性能,同时还产生了一定的膨胀现象。

    (2.3)微孔原料 通过在黏土当中添加金属铝粉和镁粉,将材料合成体积密度大小为1.48g·cm-3的微孔,同样使用金属铝作为添 加剂,使用氧化锆和莫来石作为复合材料,通过原位分解的处理方法,从中得到了莫来石、尖晶石以及镁橄榄石等高 强度微孔材料,材料的孔径大小不超过10μm。通过使用原位分解法,所制取的不定形材料的密度大小为1.0g·cm-3, 材料主要是以六铝酸钙作为轻质的耐火材料。通过高温处理之后得到了以为主要构成成分的高纯度微孔材料,该材料 的体积密度大小为0.70g·cm-3材料的微孔尺寸大小为1~5μm,温度在25~7400℃之间的热传导率范围在0.15~0.5W· m-1·K-1。

    (2.4)均化烧结料 耐火原材料在经过熔融之后会形成质地比较密集的颗粒材料,材料的整体抗渣和抗侵蚀能力得到了明显的提升。 但是以为内热传导率的增加,在能耗方面也有所上升。这种方法和电熔法相比,烧结所得到的耐火材料在温度性能上 有所下滑,但是材料的结晶粒度以及体积密度都明显下降,有效控制了耐火材料的温度传导效果,实现了良好的隔温 的工作效果,降低了热量损失,实现了良好的节能工作效果。与此同时,我国在耐火原材料方面,因此原材料的的矿 床受到外部环境的影响程度相对较大,在材料的开采工作当中会造成资源受到不同程度的破坏问题,同时对外部环境 的影响也非常明显。因此,在理论层面上使用均化工艺,使用烧结法相比于电熔法来讲,可以生产出性能更加优良, 导热率更低的耐火材料,整体的节能工作效果非常明显。

  (2.5)耐火氧化物微粉 耐火氧化物微粉是不定型耐火材料当中非常常见的耐火原材料,这种氧化物微粉除了二氧化硅微粉之外,消耗量 比较大的氧化铝微粉,在制备工作中通常选择的是化学法或者是液相法来进行生产,这种方法对环境的污染程度相对 较低,同时具有良好的节能工作效果。通过使用刚玉、镁铝尖晶石以及锆英石等材料,选择机械生产的方式需要经过 长时间的打磨。通过施工机械磨球的方式,相比较于干法和湿法来讲,对铝镁材料的颗粒度影响相对比较明显。通过 干法粉磨的方式,将材料的颗粒直径控制在70μm尺寸以下有着诸多困难,通过湿法粉磨的方式也至少需要兄以上。 相关研究工作人员通过分析了不同的粉磨方式,对电熔尖晶石和镁砂细粉粒度所产生影响,通过实验结果分析可以得 出,通过震动粉磨的方式,不会造成材料表面出现不同程度的缺陷问题,而通过气流粉磨的方式整体的效果并不是非 常明显。

    3不定型耐火产品的节能化效果

   (3.1)轻量化不定性炉衬 在低密度的隔热材料使用过程中,对不定形材料的使用程度相对较高,会因为材料的强度大小的变化造成结构出 现损坏或者是材料性能失效等方面的问题。高强度材料的密度相对较大,但是材料的隔热性能相对较低。比如使用耐 火纤维板材料,在长时间的使用条件下会出现结晶变质等不良问题。相关研究工作人员通过向材料当中添加20%的莫 来石材料,并且将其和一级铝矾材料等进行混合,形成新型的水泥混合浇注材料,材料的整体性能表现非常优良,具 有非常明显的节能效果。

   (3.2)钢包轻质铝镁浇注料 钢包轻质铝镁浇注料是二次精炼工作过程中非常重要的设备类型,钢水的温度相对较高,并且停留的时间较长, 因此在热量的损失量上也相对较大。通过向其中添加氧化铝等物质,在高温分解之后会形成铝镁尖晶石材料,材料会 随着体积的不断增大而表现出致密性,材料的热传导系数也有所下降,整体的节能效果也非常明显。

    4结语 为了有效实现不定形耐火材料的节能化效果,材料的原材料组织结构会从致密型结构转化成为微孔轻质化结构, 生产方式可以选择均化烧结法,通过材料的轻量化处理之后,整体的节能工作效果得到了明显的提升。