صرفه جویی در انرژی کوره های صنعتی همیشه یک مسئله کلیدی بوده که نیاز به حل فوری آن توسط مصرف کنندگان بزرگ انرژی مانند متالورژی، ماشین آلات و صنایع شیمیایی دارد. استفاده از مواد عایق حرارتی سبک با چگالی ظاهری کم و رسانایی حرارتی کم به عنوان پوشش کوره یکی از راهکارهای موثر آن است. آجرهای نسوز عایق حرارتی مولایت به دلیل رسانایی حرارتی کم، ظرفیت حرارتی کم، مقاومت در برابر حرارت بالا، مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب، دقت ابعادی بالا و ساختار یکنواخت، برای رشتههای مختلف مانند متالورژی، پتروشیمی، مصالح ساختمانی، سرامیک و ... و ماشین آلات این نوع پوشش و پشتیبان سطح گرم کوره صنعتی، به دلیل اینکه می تواند در تماس مستقیم با شعله باشد، یک ماده نسوز عایق حرارتی بسیار عالی است.
آجرهای نسوز عایق حرارت مولایت با ایجاد حفره هایی در داخل مواد به اثر وزن سبک و عایق حرارتی دست می یابند. بنابراین، اصل آماده سازی وارد کردن منافذ به مواد است که عمدتاً شامل روش سوختن، روش فوم و روش شیمیایی است. روش های رایج مانند روش واکنش، روش مواد متخلخل، روش قالب گیری تزریق ژل، روش خشک کردن انجمادی و روش تجزیه درجا. از این میان، روش فرسودگی را می توان به روش اکستروژن و روش پرس ماشینی به دلیل روش های مختلف قالب گیری تقسیم کرد. فرآیندهای مختلف آماده سازی تأثیر مهمی بر عملکرد آجرهای مولایت دارند. به منظور بررسی تأثیر فرآیندهای مختلف بر روی آجرهای مولایت، آزمایشهایی برای تهیه آجر مولایت به سه روش پرس ماشینی، روش اکستروژن و روش فوم انجام شد. و عملکرد آن را مقایسه کرد.
آزمایش کنید
1.1 مواد اولیه
The main raw materials for the experiment are as follows: clay, calcined alumina ((ω(Al₂0₃)≥99, D0.5 is 0.043-0.1mm), calcined mullite powder ω(Al₂0₃)≥65, D0.5 is 0.1-0.5mm), Tabular corundum, (ω(Al₂0₃)>199.4، D0.5 0 است.043-0.2mm)، کیانیت و سیلیمانیت. عامل کف کننده مورد استفاده در آزمایش سدیم دودسیل سولفونات بود. مواد فرسودگی مورد استفاده خاک اره و توپ های پلی پروپیلن بودند. عامل اتصال پلی وینیل الکل (PVA) است.
1.2 آماده سازی
روش فوم: مواد اولیه آزمایشی با توجه به نسبت جدول به مدت 4 ساعت از قبل مخلوط می شوند. 30 تا 35 درصد وزنی آب اضافه کنید تا پودر را به یک دوغاب یکنواخت و پایدار مخلوط کنید. سپس آب را به ماده کف زا اضافه کنید و با سرعت بالا هم بزنید تا کفی پایدار به دست آید: در نهایت دوغاب و کف را به طور یکنواخت مخلوط کنید. آن را در قالب 40mmx40mmx160mm تزریق کنید. و آن را کمی تکان دهید. پس از برداشتن حباب های بزرگ، آن را در دمای اتاق قرار دهید تا به مدت 8-12 ساعت به طور طبیعی خشک شود. قالب زده و در دمای 1100 درجه به مدت 24 ساعت بپزید. پس از پخت 1550 درصد و گرم نگه داشتن آن به مدت 3 ساعت، آجر نسوز عایق حرارتی مولایت به دست می آید.
روش پرس: مواد اولیه آزمایشی با توجه به نسبت 2# در جدول 1 به مدت 4 ساعت از قبل مخلوط شدند، سپس پلی وینیل الکل رقیق شد و سپس به پودر مخلوط یکنواخت اضافه شد. به مدت 10-15 دقیقه هم زده و در یک شمش 114mm×65mm×230mm با فشار 5MPa اکسترود می شود. آجرها در دمای 110 درجه به مدت 24 ساعت پخته می شوند. آنها در دمای 1550 درجه پخته می شوند و به مدت 3 ساعت نگهداری می شوند تا آجرهای نسوز عایق حرارتی مولایت بدست آید.
روش اکستروژن: مواد اولیه آزمایشی با توجه به نسبت 3# در جدول 1 به مدت 4 ساعت از قبل مخلوط شده و 10-15 درصد وزنی آب اضافه شده و سپس به طور یکنواخت هم زده شد. پس از فرآیندهای فرآیندی مانند به دام انداختن مواد و تصفیه گل، 114mm× با اکستروژن تهیه شد. آجرهای 65 میلیمتری 230 میلیمتر در دمای 1100 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت پخته شدند، سپس در دمای 1550 درجه پخته شدند و برای به دست آوردن آجرهای مولایت به مدت 3 ساعت نگهداری شدند.
1.3 شخصیت پردازی
با این فرض که چگالی ظاهری نمونههای تهیهشده با سه روش قالبگیری 1.0-1.1 گرم بر سانتیمتر مکعب است، عملکرد هر گروه از نمونهها چندین بار آزمایش میشود و مقدار میانگین گرفته میشود.
(1) نرخ تغییر خطی نمونه پس از سوزاندن طبق استاندارد ملی GB/T{1}} تعیین میشود:
(2) نرخ تغییر خط سوزاندن مجدد باید مطابق با استاندارد ملی (GB/T3997.{2}}) تعیین شود.
(3) مقاومت فشاری نمونه مطابق با استاندارد ملی (GB/T3997.{2}}) تعیین میشود.
(4) هدایت حرارتی نمونه مطابق با استاندارد صنعت متالورژی (YB/T4130-2005) است. برای اندازه گیری از یک متر هدایت حرارتی تخت (PBD-12-4Y) استفاده کنید.
(5) دمای نرم شدن بار در دمای بالا نمونه مطابق با استاندارد ملی (GB/T{2}}) تعیین می شود. با روش افزایش افتراقی اندازه گیری می شود.
نتایج و بحث
2.1 تأثیر روش قالب گیری بر تغییرات خط
پس از پخت نمونه آجر مولایت در دمای 1550 درجه به مدت 3 ساعت، نرخ انقباض خطی نمونه تهیه شده به روش فوم بیشترین میزان را داشت. به 2.4 درصد می رسد. نرخ انقباض خطی نمونه تهیه شده با روش اکستروژن کمترین است، تنها 1.3 درصد. پس از سوزاندن مجدد نمونه در دمای 1620 درجه به مدت 12 ساعت، نمونه تهیه شده با روش فوم دارای کمترین میزان انقباض خطی باز سوزی 0.73 درصد است. در حالی که نمونه تهیهشده به روش قالبگیری اکستروژن، بیشترین میزان انقباض خطی سوزاندن مجدد را دارد که به 1.56 درصد میرسد.
آجر مولایت تهیه شده به روش فوم دارای ویژگی های انقباض خطی زیاد پس از پخت و انقباض خطی کم پس از پخت مجدد می باشد. دلیل اصلی این است که ساختار آن یکنواخت تر است و توزیع اندازه حفره ها توزیع دو قطبی همزیستی میکرو نانو را ارائه می دهد و تف جوشی به طور کامل ایجاد می شود. از سوی دیگر، نرخ انقباض خطی و نرخ انقباض خطی دوباره پخت آجرهای نسوز عایق حرارتی مولایت تهیه شده به روش پرس ماشینی از آجرهای تهیه شده به روش اکستروژن کوچکتر است. این عمدتا به دلیل جهت های مختلف نیرو در فرآیند قالب گیری است. ناشی از. نمونه تهیه شده با روش پرس ماشینی در طی فرآیند پخت تا حدی متورم می شود.
2.2 تأثیر روش قالب گیری بر استحکام
آجرهای مولایت تهیه شده به روش فوم دارای مقاومت فشاری و مقاومت خمشی مناسبی هستند. مقاومت فشاری به 5.6 مگاپاسکال و مقاومت خمشی به 3.2 مگا پاسکال می رسد. در حالی که نمونه های تهیه شده به روش پرس ماشینی دارای مقاومت فشاری و مقاومت خمشی هستند. هر دو بسیار پایین هستند، فقط 1/4 قبلی. دلیل اصلی استحکام کمتر دومی، اثر «الاستیک پساثر» منفذ ساز در فرآیند قالبگیری پرس است که منجر به ایجاد ترکهای داخلی در محصول میشود.
2.3 تأثیر روش قالب گیری بر دمای نرم شدن تحت بار
دمای نرم شدن بار آجر مولایت تهیه شده به روش فوم 100 درجه بالاتر از روش پرس ماشینی یا روش اکستروژن است، در حالی که دمای نرم شدن بار آجر مولایت تهیه شده به روش پرس ماشینی و روش اکستروژن تقریباً می باشد. همان دمای نرم شدن بار ماده عایق نه تنها به ترکیب شیمیایی و فازی ماده مربوط می شود، بلکه از ساختار منافذ آن نیز جدا نمی شود. در آجر مولایت تهیه شده به روش فوم، منافذ گرد به طور یکنواخت روی آن پخش شده است که می تواند به طور موثری غلظت تنش را پراکنده کند و توانایی مقاومت در برابر نیروهای خارجی را بدون تغییر شکل بهبود بخشد. در عین حال، ساختار منافذ ترکیبی در سطح میکرو نانو آن می تواند به طور موثر گرما را پخش کند. استرس باعث می شود که در شرایط دمای بالا پایداری حجم بهتری داشته باشد.
2.4 تأثیر روش قالب گیری بر هدایت حرارتی
در مورد چگالی ظاهری یکسان، هدایت حرارتی آجرهای مولایت تهیه شده به روش فوم کمتر از روش پرس ماشینی یا روش اکستروژن است. هدایت حرارتی ارتباط نزدیکی با تخلخل محصول دارد و تخلخل افزایش می یابد. رابط فاز گاز-جامد افزایش می یابد و پراکندگی فونون رسانش حرارت فاز جامد افزایش می یابد و در نتیجه رسانایی حرارتی مواد نسوز کاهش می یابد. در عین حال، هدایت حرارتی نیز با قطر منافذ ارتباط نزدیکی دارد. در شرایط دمای بالا، حرکت مولکول های گاز تشدید می شود. میانگین مسیر آزاد به دلیل افزایش احتمال برخورد کاهش می یابد. هنگامی که میانگین مسیر آزاد حرکت مولکول گاز به اندازه ریز منافذ در این محدوده نزدیکتر یا حتی بزرگتر باشد، انتقال حرارت همرفتی در منافذ ضعیف شده و هدایت حرارتی ماده کاهش می یابد. . منافذ آجرهای مولایت تهیه شده به روش فوم، منافذ میکرو نانو هستند، انتقال حرارت همرفتی به شدت کاهش می یابد و اثر عایق حرارتی به طور قابل توجهی بهبود می یابد.
در نتیجه
با مقایسه عملکرد آجرهای عایق سبک مولایت تهیه شده با سه روش قالب گیری مختلف. می بینیم که روش فوم دارای مزایای اثر عایق حرارتی خوب، دمای نرم شدن بار بالا، استحکام خوب و نرخ تغییر خطی باز سوزی کم است، بنابراین مزایای آشکاری دارد.
