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干燥工艺对耐火纤维板性能的影响

文章编辑:耐火材料 发表时间:2019-12-30 浏览次数:次
耐火纤维板采用湿法工艺制备而成,制备过程通常为:将切短或破碎的耐火纤维棉同结合剂、助剂、填料等加水混合制备耐火纤维浆料,浆料经过真空吸滤成型制成纤维板坯体,坯体再经干燥和砂光制成耐火纤维板。该工艺制备 的纤维板具有体积密度小、热导率低等优点,广泛应用在冶金、机械、电力和石化行业。

干燥工艺对耐火纤维板的干燥效率、产品质量有重要影响。目前,耐火纤维板的干燥工艺有自然干燥、气体强对 流干燥、电加热干燥以及微波干燥等多种。其中,气体强对流干燥因设备投资小、稳定性好、易操作等优点而广泛使 用。但耐火纤维板坯体含水量较高,约在50%~60%(w),使用气体强对流干燥时耗时较长。微波干燥效率高(约为强 对流干燥的3~5倍),耗时较短;但其设备昂贵,后续维护费用较高,并且需根据产品的不同,设置不同的干燥工艺, 对操作人员的综合素质要求也较高。

截至目前,对于纤维板干燥工艺的对比研究较少。在本工作中,对比研究了循环热风干燥和微波干燥对耐火纤维 板性能和结构的影响。

1试验

1.1试验原料及设备

主要原料为普通硅酸铝耐火纤维的原棉及破碎棉,其化学组成(w)为:Al2O346.12%,SiO252.01%,Fe2O30.4 9%,K2O0.14%,Na2O0.09%,平均直径为5.53μm;破碎棉由原棉采用自制的纤维破碎机破碎而成,破碎棉堆积密 度约为55~65kg·m-3。其他原料有30%(w)的碱性硅溶胶、可溶性淀粉、分散剂和混凝剂等。

试验用主要设备有:MEMD-F-S-6型立式微波干燥箱、WDL-3型热风干燥箱、自制纤维破碎机、自制砂光机、自制真空成型吸滤机、邵氏硬度计(C型)、DMA型纤维直径测定仪、EHY-600型耐压强度试验机、PBD-02P型平板导热 仪、德国索普EVO-18型扫描电子显微镜。

1.2试样制备

先按纤维原棉与纤维破碎棉的质量比1∶9称取纤维原棉和纤维破碎棉,再按每100kg混合棉加入98kg水、5kg有 机结合剂、35kg硅溶胶、0.1kg分散剂和0.02kg混凝剂的比例称取其他原料。

在打浆桶中加入清水,然后加入混合棉,搅拌3~5min后,依次加入有机结合剂、硅溶胶、分散剂和混凝剂,继续搅拌2min制成耐火纤维浆料。将纤维浆料放入成型池中,采用自制的真空成型吸滤机成型为300mm×300mm×40 mm的纤维板坯,然后分别使用微波干燥箱和热风干燥箱在110℃干燥至恒重,同时测量其干燥线变化。最后,使用 砂光机打磨纤维板的表面和侧面,制成耐火纤维板。

1.3性能测定

按照GB/T17911—2006测定纤维板的热导率和干燥及1000℃保温12h热处理后的加热永久线变化,用邵氏硬度 计测定纤维板的断面(垂直于厚度方向)、磨前表面和磨后表面的邵氏硬度(HC),按照GB/T14983—2008检测纤维板 的常温耐压强度(厚度压缩10%),并对热处理前后试样进行显微结构分析(SEM)。

2结果与讨论

2.1热导率

两种工艺干燥后纤维板的热导率-热面温度曲线见图1。可以看出:随着热面温度的升高,采用不同方式干燥后纤 维板的热导率均不断增大,但热风干燥后纤维板的热导率-热面温度曲线的斜率比微波干燥后纤维板的略大;在相同热面温度下,两种工艺干燥后纤维板的热导率差别不大,但微波干燥纤维板在800和1000℃的热导率(分别为0.110和0.1 35W·m-1·K-1)略低于热风干燥纤维板的(分别为0.114和0.139W·m-1·K-1)。



图1两种工艺干燥后纤维板的热导率-热面温度曲线

2.2力学性能

在使用施工过程中,一般需要对耐火纤维板进行适当裁剪、机加工等,良好的硬度和强度有利于提高保温衬层施 工尺寸精度和施工效率。两种工艺干燥后纤维板的耐压强度、断面硬度、磨前表面硬度和磨后表面硬度见图2。

可以 看出:1)微波干燥纤维板的耐压强度、断面硬度和磨后表面硬度均大于热风干燥纤维板的,但其磨前表面硬度则显著小 于热风干燥纤维板的。

2)微波干燥纤维板的磨前表面硬度略大于其磨后表面的,但小于其断面的;而热风干燥纤维板的 磨前表面硬度约为其磨后表面的3倍,也显著高于其断面的。这表明,微波干燥纤维板的硬度分布更加均匀。



图2两种工艺干燥后纤维板的耐压强度、断面硬度、磨前表面硬度和磨后表面硬度

图2两种工艺干燥后纤维板的耐压强度、断面硬度、磨前表面硬度和磨后表面硬度 在热风干燥过程的前期,纤维板表面温度比纤维板内部的高,表面水分先挥发,内部水分不断向纤维板表面迁 移,内部的硅溶胶也向纤维板表面迁移,造成干燥后纤维板内外的固态硅溶胶量差别较大,因此磨前表面硬度显著高 于磨后表面硬度。而微波干燥属于体加热,内外温差小[6],干燥速度快,干燥过程中迁移到纤维板表面的硅溶胶较 少,干燥后纤维板内外的固态硅溶胶量分布更加均匀[7],因此磨前表面硬度与磨后表面硬度差别很小。

2.3加热永久线变化

干燥及1000℃加热12h后,纤维板面方向(长、宽方向)和厚度方向的加热永久线变化。1)干燥及1 000℃加热12h后,纤维板均发生收缩,并且厚度方向的收缩均大于面方向的收缩,烧后收缩大于干燥收缩。2)热风干 燥纤维板厚度方向的干燥收缩显著高于微波干燥纤维板的,面方向的干燥收缩则略小于微波干燥纤维板的,表明微波 干燥纤维板面方向和厚度方向的收缩相对均匀;经1000℃热处理12h后,热风干燥纤维板面方向和厚度方向的烧后收缩 均小于微波干燥试样的。

2.4干燥速度

试样在采用两种工艺干燥过程中的质量可以看出:随着干燥时间的延长,微波干燥和热风干燥 过程中纤维板的质量减小速率均呈慢—快—慢的变化趋势,并分别在18min和16h时基本达到恒定,表明微波干燥速 率远高于热风干燥速率。热风干燥方式是从试样外部向内部传热,而微波干燥方式是对试样整体同时进行加热,因此 微波干燥的速度比热风干燥的快。

2.5显微结构

可以看出:在热风干燥纤维板中,硅溶胶及其凝聚物主要黏 附在纤维的表面以及纤维与纤维的接触处。在微波干燥纤维板中,可以明显看到硅溶胶呈薄片状分布在纤维之间,使 纤维之间的结合由点结合变成面结合,显著提高了纤维之间的结合强度。

3结论

(1)微波干燥纤维板在800和1000℃的热导率略低于热风干燥纤维板的。

(2)微波干燥纤维板的耐压强度、断面硬度和磨后表面硬度均大于热风干燥纤维板的,但磨前表面硬度显著小于 热风干燥纤维板的。

(3)热风干燥纤维板厚度方向的干燥收缩显著高于微波干燥纤维板的,但面方向的干燥收缩则略小于微波干燥纤 维板的,表明微波干燥纤维板面方向和厚度方向的收缩相对均匀;微波干燥纤维板在1000℃加热12h的烧后收缩大于热 风干燥纤维板的。

(4)微波干燥和热风干燥所用时间分别为18min和16h,微波干燥速度远大于热风干燥的。这导致微波干燥过程中 迁移到纤维板表面的硅溶胶比热风干燥的少,干燥后纤维板中硅溶胶的分布比热风干燥纤维板的更均匀,进而导致其 硬度分布更加均匀。

(5)微波干燥纤维板中硅溶胶呈薄片状分布在纤维之间,热风干燥纤维板的则呈点状附着在纤维上。

郑州东泰耐火材料有限公司将始终秉行“以市场为技术导向,以质量为发展根本,以"合作互利、共同发展"的经营理念为根基,深受国内外众多客户的信赖与支持,郑州信科耐火材料有限公司愿与行业同仁一道共谋发展大计,共创事业辉煌。

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