尖晶石质保温隔热耐火材料的制备与性能研究

摘要

随着我国高能耗产业的快速发展以及能源问题日益严峻，如何实现工业节能降耗，成为当前的研究热点。尖晶石质保温隔热耐火材料既具有优异的耐高温性能，又具有气孔率高、体积密度小、热导率低等特点，用于高温窑炉的保温隔热，能够显著降低窑炉的热损失，提高窑炉的热效率。
　　本论文首先研究了不同水化介质中ρ-Al2O3的水化特性。结果表明：碱性介质加速ρ-Al2O3的水化，酸性介质减缓ρ-Al2O3的水化；酸性介质中水化生成勃姆石和三水铝石，中性及碱性介质中生成拜耳石和单水铝石；不同介质中的水化产物于500℃热处理后均转变为η-Al2O3，1100℃热处理时纯水介质下转变为α-Al2O3、硝酸介质中转变为α-Al2O3和θ-Al2O3、碳酸钠介质中转变为δ-Al2O3和β-Al2O3，1500℃热处理时除碳酸钠介质中转变为α-Al2O3和β-Al2O3之外，其它介质中均转变为α-Al2O3。
　　其次，以α-Al2O3微粉、电熔镁砂为原料，ρ-Al2O3作为结合剂制备体积密度约1.0g/cm3尖晶石质保温隔热耐火材料，研究了ρ-Al2O3与电熔镁砂加入量以及烧成温度与保温时间对材料物相与性能的影响。结果表明：随着ρ-Al2O3加入量增加试样常温耐压强度与烧成线变化率增大，物相组成均为刚玉+镁铝尖晶石；增加MgO加入量试样常温耐压强度先增后减，加入量为20wt％时达最大值，线变化率由收缩逐渐变为膨胀，物相组成由刚玉+镁铝尖晶石变为镁铝尖晶石再变为镁铝尖晶石+方镁石；提高烧成温度试样常温耐压强度增大，烧成线变化率由正变负，延长保温时间对试样烧成线变化率基本没有影响，但可提高常温耐压强度。
　　再次，通过添加浆料分散剂和坯体增强剂制备超低密度尖晶石质保温隔热耐火材料，研究了浆料分散剂加入量和坯体增强剂质量浓度对试样制备与性能的影响。结果表明：浆料分散剂可降低试样干燥收缩并促进烧结，外加量以0.1%为宜；坯体增强剂的质量浓度对泡沫浆料的固化影响显著，最佳质量浓度为3%；优化工艺后制备了具有典型球形闭孔结构，平均孔径约120μm。
　　最后，对尖晶石质保温隔热耐火材料的性能进行研究、并观察其微观形貌。结果表明：制备的体积密度约为0.5g/cm3和1.0g/cm3的尖晶石质保温隔热材料，其气孔率分别为57.6%和76%、常温耐压强度分别为0.4~1.0MPa和1.6~2.1MPa、重烧线变化率分别为±0.5%和±0.2%，1000℃导热系数分别为0.175 W?m-1?K-1和0.216 W?m-1?K-1。当材料的相组成为镁铝尖晶石+方镁石时，其热震稳定性能更佳。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 保温隔热耐火材料概述

1.3 ρ-Al2O3简介

1.4 尖晶石质保温隔热耐火材料

1.5 课题的提出及本论文的研究工作

第二章 实验原料、仪器设备及测试与表征原理

2.1 实验原料

2.2 实验仪器设备

2.3 测试与表征原理

第三章 ρ-Al2O3在不同介质中的水化特性研究

3.1 前言

3.2 实验过程与实验方案

3.3 实验结果分析与讨论

3.4 本章小结

第四章 尖晶石质保温隔热耐火材料制备参数研究

4.1 前言

4.2 试样制备与实验方案

4.3 实验结果分析与讨论

4.4 本章小结

第五章 尖晶石质保温隔热耐火材料性能研究

5.1 体积密度和气孔率

5.2 常温耐压强度

5.3 重烧线变化率

5.4 导热系数

5.5 抗热震稳定性

5.6 物相组成

5.7 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A（攻读学位期间发表的论文与专利）