工業(yè)窯爐的節(jié)能一直是冶金、機(jī)械、化工等耗能大戶亟需解決的重點(diǎn)問題，采用體積密度小、導(dǎo)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(dǎo)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(diǎn)，適用于冶金、石化、建材、陶瓷、機(jī)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(dá)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(xué)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(jī)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(shí)驗(yàn)分別以機(jī)壓法、擠出法和泡沫法三種方式制備莫來石質(zhì)隔熱耐火磚，并對其性能做了對比。
實(shí)驗(yàn)原料配比(wt%)
1.1 原料
實(shí)驗(yàn)主要原料如下：粘土、煅燒氧化鋁(ω(Al₂0₃)≥99，D0.5為0.043-0.1mm)、煅燒莫來石粉(ω(Al₂0₃)≥65，D0.5為0.1-0.5mm)、板狀剛玉,(ω(Al₂0₃)>199.4，D0.5為0.043-0.2mm）、藍(lán)晶石和硅線石。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)原料按照表中1#配比預(yù)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40mmx40mmx160mm的模具中。并輕微振動(dòng)以除去大氣泡后，置于室溫中自然干燥8～12h脫模，并于1100℃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(jī)壓法：實(shí)驗(yàn)原料按照表中2#配比預(yù)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(shí)驗(yàn)原料按照表中3#配比預(yù)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)1100C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。
1.3 表征
在三種成型方式制備試樣的體積密度均為1.0-1.1g/cm3的前提下，對每組試樣的性能進(jìn)行多次測試，取其平均值。
(1)試樣燒后線變化率按照采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5998-2007)進(jìn)行測定；
(2)重?zé)�變化率按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T3997.1-1998)進(jìn)行測定；
(3)試樣的耐壓強(qiáng)度按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T3997.2-1998)進(jìn)行測定；
(4)試樣的熱導(dǎo)率按照冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YB/T4130-2005)，使用平板導(dǎo)熱儀(PBD-12-4Y)進(jìn)行測定；
(5)試樣的高溫荷重軟化溫度按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T5989-1998)規(guī)定，以示差-升溫法進(jìn)行測定。
2.1成型方式對線變化的影響
從圖1可以看出，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(dá)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(jìn)一步將試樣在1620℃的溫度下重?zé)?2h，采用泡沫法制備的樣品重?zé)�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?zé)�收縮率最大，達(dá)到了1.56%。
圖1 不同成型方式對試樣線變化的影響
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?zé)�收縮率小的特點(diǎn)，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(dǎo)致的。另一方面，采用機(jī)壓法制備的莫來石質(zhì)隔熱耐火磚燒后線收縮率和重?zé)�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(jī)壓法制備的樣品在燒成過程中會(huì)產(chǎn)生一定程度的膨脹。
2.2成型方式對強(qiáng)度的影響
從圖2可以看出，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(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。耐壓強(qiáng)度達(dá)到5.6MPa，抗折強(qiáng)度達(dá)到3.2MPa；而采用機(jī)壓法制備的樣品耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均很低，僅為前者的1/4。后者強(qiáng)度偏低的主要原因是機(jī)壓成型過程中造孔劑的“彈性后效”效應(yīng)，這導(dǎo)致了制品出現(xiàn)內(nèi)部裂紋。
圖2 成型方式對試樣強(qiáng)度的影響
2.4 成型方式對導(dǎo)熱系數(shù)的影響
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(qiáng)度好、重?zé)�變化率小等優(yōu)點(diǎn)，因而具有明顯的優(yōu)勢。
