球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法

球形闭孔膨胀珍珠岩的制造方法(ⅰ)
——新型电加热珍珠岩膨胀炉的研制

介绍了一种新型电加热珍珠岩膨胀炉的原理和结构,简述了该膨胀炉的特点并
与传统膨胀炉型作了比较,给出了该炉的部分结构参数.
关键词:电加热;膨胀炉;膨胀珍珠岩;球形闭孔

1 国内外膨胀珍珠岩生产设备现状
国内传统的珍珠岩膨胀设备主要有燃气炉(煤气,天燃气),燃油炉(柴油,渣油)和煤烧
炉(块煤,粉煤).其中煤烧炉是大连耐火保温材料研究所唐启山等人结合我国丰富的煤炭资
源而设计的适合我国国情的炉型.我们注意到,以上传统炉型膨胀出的珍珠岩无一例外均为
多孔状结构,这种结构的产品在部分领域的使用有其独特优点,如农业,吸音材料等.但在
另一些领域的使用则受到限制,如,由于其多孔性,吸水率极高,在潮湿环境中使用时,其
轻质性和保温性能大大降低;由于其多孔不规则外形特征往往导致密度稳定性差,强度低等
缺限.现有膨胀珍珠岩在复合材料中使用远不如陶粒,玻璃微珠等.这些缺点严重影响了膨
胀珍珠岩的使用,也使得该产品的附加值很低.另外,传统膨胀炉在生产过程中,环境污染
十分严重,与日益提高的环保要求极不相适应,因此,设计研制新型膨胀窑炉,制造性能优
良的闭孔结构膨胀珍珠岩,提高珍珠岩制品的性能和产品附加值,已成为当今之急.
目前,世界上已有美国,德国和日本等少数国家采用新型电加热膨胀炉生产制造球形膨
胀珍珠岩,经情报检索,国内目前尚未出现生产球形闭孔膨胀珍珠岩的任何形式的炉型,笔
者根据辐射管炉的原理,参照国外经验在国内首先研究试制成功了新型电加热珍珠岩膨胀窑
炉,并利用该炉膨胀出球型闭孔珍珠岩产品.
2 电加热膨胀炉的原理
新型电加热珍珠岩膨胀炉是借鉴辐射管炉的原理而设计.该炉型将传统膨胀炉的开放式
火焰加热改为炉管保护加热,炉管即是膨胀炉的膨胀室.矿砂在炉管内流动,热量从炉管外
通过辐射的方式传递给炉管内的物料.加热方向与矿粉流动方向垂直.炉管外的加热采用电
加热方式,炉管内温度分区设定,均匀变化且易于控制.
3 电加热珍珠岩膨胀炉的结构
本项研究所设计膨胀炉的结构如图1所示1

图1 电加热珍珠岩膨胀炉结构示意图
1—炉管,2—型腔,3—耐热层,4—保温层,5—炉外壳,6—弹性支杆,7—集料器,8—炉
支架,9—加热元件,10—热电偶,11—进料器,12—拉杆,13—给料器,14—控制柜

它包括炉管1,加热元件9,进料器11,集料器7等.
炉管与耐热层之间有一型腔2,加热元件安装在型腔内,通过加热炉管,依靠热辐射作
用来加热炉管内流动的矿砂物料.考虑珍珠岩矿砂的膨胀工艺过程,该炉的温度控制设计成
可调节式,且自上而下分为4～6个不同的温区,每一温区都安装有热电偶12测温,各区的温
度通过控制柜14集中控制.
炉管材料为耐高温合金管,可选用不锈钢镍铬合金或其它耐高温材料制造.这些材料应
能耐受1300℃高温并具有良好的抗高温蠕变和导热性能.炉管的安装通过拉杆悬挂于支架
上,考虑金属的热膨胀性,炉管下端支杆6应为弹性支杆.炉管对型腔无特殊要求,因此型
腔2可以是圆形或方形,视所采用加热元件安装的方便而确定.
进料器11,给料器13是一套送料系统,它应具有计量,均匀下料,分散和送风的功能.
集料器7为产品收集系统,它包括料箱,传输,引风分离和除尘等料置.
4 电加热膨胀炉特点及结构参数
4.1 电膨胀炉特点
在传统的珍珠岩膨胀炉中,预热后的矿砂直接与膨胀室底部产生的火焰和热空气接触,
由于火焰的温度较高(1400℃左右).矿砂颗粒受热成为塑性状态时,其内部的结合水骤然蒸
发冲破颗粒表面的软化层,从而使膨胀颗粒带有大量的爆裂口和裂缝,类似爆米花状,即我
们常见的膨胀珍珠岩产品.造成产品成多孔状的主要原因是矿砂受热过快,加热不均匀,膨
胀温度下滞留时间较短等.其根源在于开放式火焰加热膨胀炉的温度,矿砂滞留时间不易控
制.
本设计电加热膨胀炉的优点在于炉内温度分区设定,呈一定梯度分布(视矿砂类型,产
地而定),加热方式为隐性保护加热,峰值温度较低;矿砂在炉管内以渐进方式受热,热流
方向与矿砂流动方向垂直,因而在膨胀温区滞留时间较长(5～20s);矿砂颗粒在膨胀前其表
面有一较长的塑变软化过程,颗粒内部水份蒸发后,外壁形成一球形玻璃质外壳,而内部基
本为空心.这种新型结构的产品由于外壳封闭,液体很难渗入,自身强度也大大提高,密度
稳定性能加强,从根本上改变了传统膨胀珍珠岩产品的性能.
该膨胀炉另一大优点在于加热方法的电加热,温度易于控制,且易实现自动化生产;生
产过程无粉尘,烟尘,噪声等环境污染.
4.2 结构参数
本项研究所设计炉型为立式结构,部分参数如下:
外型尺寸:800mm×800mm×7600mm
加热元件:硅碳棒
炉管:300mm×6000mm
温度控制范围:400～1300℃
温区:6个
温度控制精度:±5℃
总功率 120kw
生产能力:200～600kg/h
5 小 结
该膨胀炉经数百次试验,运行情况良好,温度控制可靠.膨胀产品基本为球形闭孔状,
经测试产品性能指标优于传统产品.已达到或部分超过国外同类产品标准.