【摘 要】
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传统工业窑炉内壁的内衬耐火材料由于需要与热金属、气体或水泥熟料直接接触,一般要求其具有较高的致密度。高致密度虽带来高强度和优良的抗渣侵蚀能力,但也导致了高能耗、高耗材。此外,伴随着煤气化产业的高速发展,其大量产生并堆弃的气化飞灰被认为是一种环境污染物和有害物质。为此本文以气化飞灰为原料合成莫来石质的多闭孔轻量耐火骨料替代致密骨料为研究目标,旨在一并解决气化飞灰难处理、传统耐火骨料耗材和耗能的问题。
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传统工业窑炉内壁的内衬耐火材料由于需要与热金属、气体或水泥熟料直接接触,一般要求其具有较高的致密度。高致密度虽带来高强度和优良的抗渣侵蚀能力,但也导致了高能耗、高耗材。此外,伴随着煤气化产业的高速发展,其大量产生并堆弃的气化飞灰被认为是一种环境污染物和有害物质。为此本文以气化飞灰为原料合成莫来石质的多闭孔轻量耐火骨料替代致密骨料为研究目标,旨在一并解决气化飞灰难处理、传统耐火骨料耗材和耗能的问题。本文以微米级壳牌炉气化飞灰为硅源,Al2O3为铝源,并额外添加造孔剂和长石,采用反应合成法制备了轻量莫来石质耐火骨料,考察了铝硅比（n（Al2O3）:n（SiO2）,以下以n表示）、造孔剂种类和含量、烧结温度和时间、长石种类和含量对轻量耐火骨料的物相组成、微观形貌、气孔率、烧结密度、孔径分布的影响,研究了其导热系数、抗热震性能、抗折强度等性能。主要结论如下:（1）不同n下的成型样品主晶相均为莫来石,同时观察到三种不同的微观形貌结构。通过引入的SiO2-Al2O3-熔剂三元相图解释了样品的膨胀原因。此外对气孔率、抗折强度、密度等的研究中发现样品间具有较大差异;造孔剂石墨（SM）只起疏松孔道的作用,而SiC和Si3N4在样品中能增加样品的闭气孔率、抗折强度并降低体积密度。随着SiC添加量的增加,样品的闭气孔率进一步升高,显气孔率降低,抗折强度总体有升高的趋势,SiC的加入虽略微提高了材料导热系数但较大的改善了抗热震性能;烧结温度和时间对样品的结构、性能的影响较为相似——随着烧结温度升高和烧结时间的延长,样品中传质充分,棒状莫来石的数量逐渐增加,与基板的结合更紧密,总气孔率下降,闭气孔率上升,小气孔逐渐并为更大气孔,孔径分布均匀,同时抗折强度、体积密度增大,改善了样品的使用性能。（2）添加的钾、钙长石在体系中的熔融温度与造孔剂的发泡温度相对吻合,使得添加了钾、钙长石样品的闭气孔率大幅度增加,显气孔率降低,而添加的钠长石熔融温度较低,并未对样品气孔率产生显著影响。此外钙长石样品发现的“黑心”导致抗折强度降低59.42%。通过各因素条件的筛选,确定添加8wt%钾长石的样品综合性能最优:闭气孔率19.86%,体积密度1.94g·cm-3、导热系数1.80W/m K（30℃）、热震循环次数4次、平均孔径26.54μm,并具有均匀、正态单峰的孔径分布。图[48]表[19]参[118]
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