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1、用碳化麦杆麦壳做金属液面保温剂的实验研究徐广惠 于欣伟 赵国鹏尚世南(鞍山钢铁学院)摘 要 对碳化麦杆麦壳的理化性能和保温性能在实验室进行了实验研究。研究成果表白,碳化麦杆麦壳与碳化稻壳具有相似的保温性能，因此用碳化麦杆麦壳替代碳化稻壳作为金属液面保温材料是完全有也许的,这对因地制宜开发国内丰富的麦杆麦壳资源有着重要的意义。核心词 麦杆麦壳 碳化保温剂TUDY NUSIG CARBONIZED WHATSAW ANDHKAS INULATONOF LIQI METXGughuiYU XnwiHAOGopeng SHANG Sinan(Ash Irn nd Steel Insttut of Te
2、chnoloy)ABSCT hiap givea ssatc cut f tephyicochcal nd insultion properties o arbonie wt sraw nd huskBased on te exprment in telrory,i i shonta crboized whet taw an hsk osses e sme inslatn ropries as caronizdich hsk.Terefre,it ie posibl to rele the lter withthe frmeas sultn maerialor liquital.Ths prc
3、ti,wic uts tecncrte condionsin noth rt of hina,s of cnsdble practic imporance n theexoittion of abund esur-es fwheat trawad hsk.KY WDSwa stra,whathus,caronzaio，insulati前言 自94年鞍山钢铁学院发明“自热式直接加热生产碳化稻壳”这一专利技术以来,碳化稻壳作为金属液面优质保温覆盖材料在冶金公司中得到了迅速的应用和推广1。碳化稻壳作为优质的保温材料带来了良好的应用效果和明显的综合经济效益2。由于冶金公司对碳化稻壳大量的需求,促使稻壳
4、原料涨价,收购也日趋紧张。碳化稻壳体积质量很小，长途运送很不经济,且供货和质量都不能得到保证。国内土地广阔,华北、西北、东北以及中南的某些地区麦杆麦壳资源极为丰富，价格也比稻壳低廉，如果碳化麦杆麦壳能替代碳化稻壳做金属液面的保温剂，从扩大碳化原料的来源、减少保温剂的费用、满足某些冶金公司的需求来看,将具有重要的现实意义。为此，我院热能工程研究室对碳化麦杆麦壳的理化性能和保温性能进行了系统地实验研究，获得了预想的实验成果。2 碳化麦杆麦壳及碳化稻壳的理化性质 麦杆麦壳及稻壳都是由纤维素和以SiO为主体的无机矿物质构成,并具有蜂窝状的组织构造。从表1看出，它们都具有较高的无机矿物质含量。对所含的无
5、机物进行化学分析,可以看出无机物重要成分是SiO，其含量高达90 %，见表。将麦杆麦壳和稻壳在700温度下干馏1 min得到的碳化物成分分析见表3。 目前国内各厂生产的碳化稻壳固定碳含量为3550%；灰分含量为65%0。而将麦杆麦壳混合物在与生产厂相似的碳化炉中碳化，得到的碳化麦杆麦壳混合物中固定碳和灰分的含量大概各占0 %。如果调节碳化炉中的氛围，完全可生产出与碳化稻壳成分相似的碳化麦杆麦壳混合物。表 麦壳、麦杆、稻壳的化学构成 %ale 1Chmical cmition o het husk,straw and icusk %名称水分挥发分固定碳灰分麦壳9.054.021.55.5麦杆.2
6、.32.21.稻壳9.05421.1.表 麦壳、麦杆、稻壳的无机物成分分析 %Table Inoranic comoitio ofweat us，staw and ricus 成分麦壳麦杆稻壳iO288.0.189.6Mg0.10.1.0PO52.901.82O6261.60NaO1.00SO0.10.9Fe2O3.80.4.0lO1.272.20微量C.380.1.00表 3碳化物成分分析 %bl 3Csition of care %名称残存挥发分固定碳含量灰分碳化麦壳7.144742碳化麦杆77459碳化麦杆麦壳混合物6.6534.8(麦壳占3.5 %）碳化稻壳5.74.2511 碳化稻壳
7、是目前公认的最佳金属液面保温材料,其保温性能好，是由于稻壳碳化后仍然保持排列整洁的蜂窝状组织构造；碳化稻壳中的固定碳在保温过程中缓慢燃烧放出热量,减小了保温层中的温度梯度,使液态金属通过保温层的散热量减少,碳化稻壳中灰分的重要成分是SO2，其熔点超过钢水温度,因而不熔化,起到了碳骨架的作用，使保温层能保持泡沫状松散状态,无明显塌陷。麦杆麦壳碳化后也同样能保持蜂窝状的组织构造,并且有一定的碳含量,其灰分的重要成分也是iO2,因而可以判断，用碳化麦杆麦壳取代碳化稻壳作为金属液面的保温剂是可行的。 3 碳化麦杆麦壳的保温性能 碳化麦杆麦壳覆盖于金属液面保温时,由于碳的缓慢燃烧，因而保温层中的传热是不
8、稳定态传热。为了可以拟定碳化麦杆麦壳自身固有的导热性质,一般是在隔绝空气不使碳化物燃烧放热的条件下，测定其稳定态传导传热下的导热系数。 平面保温层在稳定态传导传热时散失的热量Q按傅里叶公式计算3(1)式中 t1、t2保温层高温面、低温面的温度; 保温层的厚度; F保温层的传热面积; 保温材料的导热系数。 导热系数代表物质导热能力的大小，与物质自身的性质、组织构造、密度、温度和湿度等因素有关。导热系数可作为拟定多种材料保温性能的一项重要指标。将碳化麦杆、碳化麦壳和两者的混合物(其中麦杆占6. %）送至辽宁建材中心检查站，用日本迅速导热仪测定了上述试样的导热系数，测定成果见表4。 碳化稻壳的导热系
9、数由鞍山第五粮库碳化稻壳生产车间、江西余江保温材料厂、山东明水保温材料厂、北京丰化保温材料厂报出的测定数据均为055 W/(m*K)。表 4碳化物导热系数测定值(mK)Table 4Dtetd vales o hermacnductivt ofabdsW/(K)名称导热系数碳化麦壳 .45 7碳化麦杆 0045 7碳化混合物0.0456 从以上测定数据看出,碳化麦壳、碳化麦杆和碳化稻壳具有相似的导热系数，因而在国内产麦区可大量采用麦杆和麦壳的混合物制成保温剂以取代碳化稻壳。 碳化物的塌陷度塌陷度是指覆盖在金属液面的保温材料在高温作用下随着碳的缓慢燃烧其保温层塌陷的限度。对覆盖层厚度相似的多种保
10、温材料来说，塌陷度越低，最后保温层就越厚，保温效果就越好。 在实验室条件下测定了80时碳化麦壳、碳化麦杆、两者的混合物和碳化稻壳的塌陷度，塌陷度随加热时间变化的关系如图1所示。 由图1可以看出，碳化麦壳比碳化稻壳的塌陷度低，碳化麦杆比碳化稻壳的塌陷度高,而碳化混合物的塌陷度与碳化稻壳的基本相似。5 产品收得率 由于麦杆麦壳中有机物的含量高于稻壳中的含图 碳化物的塌陷度随加热时间的变化关系Fig.1 Clape dere of crbide ith changeof hting ime碳化麦壳;碳化麦杆；碳化混和物；碳化稻壳量,因此碳化麦杆麦壳产品的收得率略低于碳化稻壳的收得率。在实验条件下,碳
11、化 t麦杆、麦壳混合物可得到5 g的碳化混合物，与稻壳碳化的收得率接近。在工业生产中考虑到麦杆中细屑较多,在碳化炉中不易沉降,因此每生产1 t碳化麦杆麦壳混合物，大概需要404.5t。6 结论 （1)麦杆麦壳和稻壳均由蜂窝状植物纤维构成，碳化后仍保持这种组织构造,因此它们的碳化物都具有良好的保温性能。实测表白,碳化麦杆、碳化麦壳和碳化稻壳的导热系数相似，因而可以大量使用麦杆麦壳制做优质保温剂。 （2） 碳化麦杆、碳化麦壳的灰分与碳化稻壳的灰分其重要成分SO2均接近0%，因此它们具有较高的耐火度,在高温下能长时间的保持泡沫状松散状态，塌陷性能与碳化稻壳相近,具有良好的保温性能。 (3) 在实验条件下,碳化1 麦杆麦壳混合物可得到35 k的碳化混合物,与碳化稻壳的收得率接近。在工业生产中，考虑到麦杆麦壳细屑较多，在碳化炉中不易沉降，因此每生产1 碳化麦杆麦杆混合物大概需要原料为4.5 t。参 考文献1徐广惠.自热式直接加热生产碳化稻壳新工艺冶金能源,197,(1):3335. 徐广惠.新型保温材料碳化稻壳在连铸生产中的应用效果.冶金能源，1997,（4):434.3 刘人达冶金炉热工基本.北京:冶金工业出版社,1980.联系人:徐广惠,高档工程师,鞍山(102)鞍山钢铁学院化学工程研究中心
