目前國(guó)內(nèi)各種工業(yè)窯爐設(shè)備中，如何選用優(yōu)質(zhì)隔熱保溫耐火材料，大幅度降低能源消耗，提高窯爐設(shè)備的熱效率，在能源緊張的情況下是一項(xiàng)極其重要的施措。眾所周知，耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)、氣孔率和體積密度直接影響窯爐設(shè)備的節(jié)能效果。因此，一種具有材質(zhì)輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱率低的材料來(lái)制造高強(qiáng)度隔熱保溫耐火材料，是一個(gè)極待解決的問(wèn)題。燃煤發(fā)電廠粉煤灰中分選出來(lái)的漂珠具有上述優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)高強(qiáng)漂珠保溫磚的理想原料。
漂珠的基本特性
常溫特性
空心漂珠是呈中空、質(zhì)輕、強(qiáng)度高的玻璃球體，因比重輕，浮于水而，俗稱漂珠。多數(shù)為灰白色微粒，外表渾圓。其主要化學(xué)成分如表1。
從表中可以看出漂珠相當(dāng)于Al2O3含量偏低的一般耐火原料組份，處于SiO2—Al2O3系二元平衡相圖中粘土質(zhì)制品范圍 內(nèi)。因此它的物理化學(xué)性質(zhì)及在高溫下的基本特性，與粘土質(zhì)耐火制品大致相同。
空心漂珠的粒徑一般為20~400um，其中多數(shù)大于80um。容重0.34~0.36g/cm3。壁厚1~2um，其中多為5~18um。并有少量復(fù)合球粒及實(shí)心珠粒。
高溫性能
耐火度：漂珠耐火度隨Al2O3含量的高低有所波動(dòng)，一般為1600~1650℃，我們使用的漂珠耐火度為1630℃。
析晶及變形溫度：試驗(yàn)表明，漂珠析晶溫度為1100℃，球體變形溫度為1200℃。當(dāng)溫度升至1250℃時(shí)漂珠體變形 較嚴(yán)重，1280℃時(shí)約有50%球體被破壞，1300~1320℃大部被破壞。故漂珠制成的輕質(zhì)磚燒成溫度以1180~1250℃為宜。但隨著其Al2O3含量提高，燒成溫度可以提高到1300~1320℃。
試制工藝
原料的確定：我們采用茅村發(fā)電廠粉煤灰中分選出來(lái)的漂珠為主要原料，其化學(xué)成分見(jiàn)表2。
漂珠及軟質(zhì)粘土的化學(xué)成分
結(jié)合劑及其它添加劑：空心漂珠屬于無(wú)塑性材料，比表面積大，因此選擇結(jié)合劑必須能與漂珠顆粒表面具有吸附及親合作用，以便形成一層粘附薄膜，在燒成溫度范圍內(nèi)形成陶瓷型結(jié)合，從而提高制品的強(qiáng)度。
根據(jù)上述原則，我們選用具有高可塑性、分散性，燒結(jié)溫度低于1250℃的優(yōu)質(zhì)粘土作結(jié)合劑。其化學(xué)成分見(jiàn)表2。
再選用具有膠結(jié)作用的無(wú)機(jī)鹽，如磷酸鹽、硫酸鹽或其復(fù)合鹽作添加劑。為調(diào)整和穩(wěn)定制品的體積和密度，還可加入適量的鋸木屑。
配方的選擇：以漂珠為主要原料，加入不同量軟質(zhì)粘土，并用高鋁礬土來(lái)調(diào)節(jié)制品的含量，再加入少量鋸木屑及 其它添加劑，通過(guò)試驗(yàn)尋求體積密度分別為0.5、0.6、0.7、0.8、0.9及l(fā).Og/cm3的各種配方。經(jīng)試驗(yàn)篩選出6個(gè)較理想的配方。 試制的樣品呈淡黃或深黃色，表面致密，沒(méi)有裂紋，強(qiáng)度較高。試樣主要技術(shù)指標(biāo)列于表3。
泥料混合、成型及干燥：將泥料加水混合成胛料，手工搗打成標(biāo)準(zhǔn)型磚，投入干燥坑或隧道干燥器內(nèi)干燥，由于成型水份較高，干燥時(shí)溫度不宜過(guò)高，干燥速度不宜過(guò)快，我們?nèi)?0~100℃，時(shí)間24小時(shí)，殘余水份控制在1~2%。
燒成試驗(yàn)：漂珠質(zhì)制品的燒成制度要求嚴(yán)格，其最高燒成溫度的允許波動(dòng)范圍較窄。為防止磚坯在燒成過(guò)程中變形，磚坯不宜排列過(guò)高。我們將試制的樣品在電爐和隧道窯中于1150~1350℃內(nèi)燒成，保溫1~3小時(shí)。
從燒成試驗(yàn)中可見(jiàn)，配方和試驗(yàn)條件相同，由于燒成溫度不同，其體積密度、常溫耐壓強(qiáng)度和燒成線變化都不一樣。一般隨溫度升高三者變大。當(dāng)溫度高于規(guī)定值30℃以上時(shí)，有的磚樣收縮率高達(dá)17%。這說(shuō)明燒成溫度和允許波動(dòng)范圍的控制是關(guān)鍵。
另一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)就是升溫和冷卻速度要適當(dāng)控制。其燒成與冷卻時(shí)的熱工制度應(yīng)與一般粘土高鋁磚基本相同，否則會(huì)造成裂紋。
生產(chǎn)工藝
我們?cè)谠囼?yàn)基礎(chǔ)上選取五個(gè)較理想的配方，并取其中的杪配方進(jìn)行批量生產(chǎn)。
漂珠經(jīng)干燥使其水份<15%，加入結(jié)合劑和添加劑后機(jī)械拌料混合，手工搗打成型(機(jī)械成型亦可)。所配泥料可在比較大的壓縮比范圍內(nèi)成型，因此，必須控制坯體的單重和尺寸，否則制品的體積密度和常溫耐壓強(qiáng)度等性能將有較大的波動(dòng)。
成型時(shí)泥料中的空氣易于排出，不易產(chǎn)生彈性后效而層裂。但體積密度≤0.6g/cm3的磚坯容易產(chǎn)生重皮及層裂現(xiàn)象。磚坯脫模比較方便。
磚坯烘干至殘余水份< 2%后在隧道窯中燒成。采用架子磚搭籠，使其不見(jiàn)明火(半隔焰式)，防止制品表面受急熱使漂珠顆粒暴裂而出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋或龜裂。燒成溫度為1180~1320℃，總的燒成時(shí)間為70~74小時(shí)。
成品性能和使用
理化性能見(jiàn)表4。
制品物理性能檢驗(yàn)如表4。
顯微結(jié)構(gòu)：在1180~1200℃燒成的制品，漂珠顆粒保持完整的球狀，沒(méi)有明顯的變形和破裂。
NG-0.5與NG—0.6制品大致相同，都為多孔結(jié)構(gòu)，由500um以內(nèi)直徑的空心球被膠結(jié)相膠結(jié)而成。膠結(jié)相主要由少量粘土 顆粒及細(xì)粉構(gòu)成，部分膠結(jié)相與少量珠粒結(jié)合在一起形成復(fù)合球粒，少部分球粒為實(shí)心膠結(jié)相構(gòu)成。空心球內(nèi)包裹有少量不透明礦物，分散型的膠結(jié)相較少，粒徑間存在著少量空穴。X光衍射鑒定結(jié)果表明：制品的礦物組成以莫來(lái)石為主，其次為微粒狀石英等。
產(chǎn)品的使用效果：我廠的漂珠輕質(zhì)耐火保溫磚經(jīng)一些廠家使用后，節(jié)能效果顯著。如徐州鋼鐵廠6#高爐大修時(shí)，用于高爐熱風(fēng)總管和熱風(fēng)圍管保溫層，較大修前散熱損失減少22%。永城鋁廠等幾個(gè)廠家反映，新型漂珠輕質(zhì)磚（LG—1.0)強(qiáng)度高、外形尺寸規(guī)整、質(zhì)量可靠、保溫性能好，稱為節(jié)能之佳品。
結(jié)論
以漂珠為主要原料，加入適量的結(jié)合劑及添加劑制成的隔熱保溫耐火材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，制品的常溫耐壓強(qiáng)度是同容重的一般輕質(zhì)保溫磚的數(shù)倍，導(dǎo)熱系數(shù)也低1/3~1/4。制品除用于各種工業(yè)加熱爐以及中高溫管道的隔熱保緄層外，還可用于加熱爐作內(nèi)襯，其節(jié)能效果顯著。
高強(qiáng)漂珠輕質(zhì)磚的制造工藝比較簡(jiǎn)單，一般生產(chǎn)耐火材料的工藝設(shè)備均可采用。經(jīng)濟(jì)效果比較好，易于推廣。故它是一種很有發(fā)展前途的新型保溫隔熱耐火材料。