以高炉渣为原料制取泡沫玻璃对吸声的影响.pdf

5 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 蟠n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 3 ．0 1 5 以高炉渣为原料制取泡沫玻璃对吸声的影响 马岩美，周扬民，罗思义，黄国涛，仪垂杰 青岛理工大学机械工程学院，山东青岛2 6 6 5 2 5 摘要以高炉渣为主要原料制备吸声泡沫玻璃，考察玻璃厚度、空腔、边缝以及开口气孔率对吸声性能的 影响。结果表明。在低频区域，厚度、空腔深度和开口气孔率的增加都能提高吸声系数。但厚度超过 1 5 0m m 后对吸声系数提高意义不大。吸声系数只在5 0 0 ～30 0 0H z 频率范围内随边缝的增加而提高， 其他频率范围内，吸声系数变化不大。 关键词高炉渣；泡沫玻璃；吸声 中图分类号T B 3 4文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 3 一0 0 5 4 一0 3 E f f e c to fF o a mG l a s sf r o mB l a s tF u r n a c eS l a go nS o u n dA b s o r p t i o n M AY a n m e i ，Z H O UY a n g m i n ，L U oS i y i ，H U A N GG u o t a o ，Y IC h u i - j i e S c h 0 0 1o fM e c h a n i c a lE n g i n e e “n g ，Q i n g d a oT e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t y ，Q i n g d a o2 6 6 5 2 5 ，S h a n d o n g ，C h i n a A b s t r a c t S o u n d a b s o r b i n gf o a mg l a s sw a sp r e p a r e df r o mb l a s tf u r n a c es l a g ．T h ee f f e c t so fg l a s st h i c k n e s s ， d e p t ho fc a v i t y ， s i d es e a ma n do p e n i n gp o r o s i t yo na b s o r p t i o np r o p e r t i e sw e r ei n v e s t i g a t e d ． T h er e s u I t s s h o wt h a ti n c r e a s i n gD ft h i c k n e s s ，d e p t ho fc a v i t y ，a n do p e n i n gp o r o s i t yc a ni m p r o v es o u n da b s o r p t i o n c o e f f i c i e n ta tl o wf r e q u e n c y ，b u tt h et h i c k n e s se x c e e d i n g1 5 0m mh a sl i t t l ee f f e c to na b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t ． S o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n tr i s e sw i t hi n c r e a s i n go fs i d es e a mo n l yw i t h i nt h ef r e q u e n c yr a n g eo f5 0 0 ～ 30 0 0H z ． 1 e yw o r d s b I a s tf u r n a c es l a g ；f o a mg I a s s ；s o u n da b s o r p t i o n 6 0 ％‘ 高炉炼铁的能耗约占钢铁工业总能耗的 1 | 。高炉渣是高炉炼铁的主要副产品，生产1t 铁水大约可以副产2 9 0k g 的高炉渣[ 2 1 ] 。目前，我 国钢铁渣堆置量约3 亿t ，每年新产生约o ．1 亿t [ 2 ] ， 其大量堆放不仅占用土地，还会污染环境。因此高 效回收高炉渣的热能、提高高炉渣的附加值是十分 必要的。 泡沫玻璃 f o a m9 1 a s s 是一种内部充满许多相 通或不通气孑L 的无机非金属玻璃材料，其气孔率[ 4 1 达到8 0 ％～9 5 ％，大部分气泡直径为1 ～3m m 。泡 沫玻璃是由碎玻璃、发泡剂、助溶剂、改性剂和促进 收稿日期2 0 1 4 1 0 一1 0 基金项目国家自然科学基金重点项目 5 0 9 3 4 0 1 0 作者简介马岩美 1 9 8 9 一 ，女，山东滨州人，硕士研究生． 剂等经粉碎均匀混合后形成混合料，再经预热、熔 融、发泡、退火等工艺制成[ 5 ] 。可以分为保温和吸 声[ 6 1 两类，应用不同种类的发泡剂可以制成吸音和 隔热两种不同的泡沫玻璃[ 7 ] 。 吸音泡沫玻璃的开口孔和联通孔占气孔总量的 4 0 ％～6 0 ％[ 8 ] ，因其内部有大量微小的连通的孔隙， 声波沿着这些孔隙可以深入材料内部并通过不同的 机理被衰减，从而达到吸声[ 9 。1 3 3 的效果。 以高炉渣为主要原料制备绝热、吸声、防潮、防 火、抗腐蚀的泡沫玻璃既可以达到废弃固体材料再 利用，又可以保护环境并获得一定的经济效益。 万方数据 2 0 1 5 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 5 1 试验原料与流程 矿渣种类不同，成分含量也有差别[ 1 “。各氧化 物表现出不同的酸碱性，对制取泡沫玻璃的贡献不 同，所以需要对高炉渣进行调质。本试验原料为青 岛钢铁控股集团有限责任公司的高炉炼铁废渣，主 要成分 ％ S i 0 27 2 ．2 6 、A 1 2 。1 ．3 0 、M 9 04 ．0 3 、 F e 2 0 3o ．2 0 、C a O8 ．1 3 、其他1 4 ．0 8 。 其他主要原料有碎玻璃，发泡剂采用碳酸铵、碳 酸氢铵与碳酸氢钠等碳酸盐。 制取泡沫玻璃的工艺流程如图1 所示。 堡堡坐 发泡剂一阵氢． 面 手选、风选、水洗卜一碎玻璃 球磨机 煤粉喷吹罐 高炉渣． 啼分瓶H 称量 中帕J 渣灌 工 惆制电炉 废料 r ““l 悃l 鬈l 一硅石粉 玄武岩粉 丽酮6 网 卤一 图1制备泡沫玻璃的工艺流程图 F i g ．1 P r o c 骼sf l o wd i a g r a mf o r p r e p a r a t i o no ff o a mg I a s s 调质电炉用于高炉渣干渣的熔融、升温，可向 调制电炉加入适量的硅石粉或者玄武岩粉，使得熔 融态高炉渣的化学组分达到既定要求。 氧气瓶向中间渣罐喷射氧气，氧气与煤粉充分 混匀硫化，再喷人中间渣罐底部，实现煤粉的富氧强 化燃烧，产生巨大热量代替调质电炉耗电升温。 空压机泵向四辊离心机提供风冷动力，同时为 煤粉的喷吹提供动力。 煤粉喷吹罐煤粉贮存罐，在一定压力下，煤粉 通过该罐先与氧气混合，再喷人中间渣罐，以获得最 节能的高炉渣加热方式，是本试验平台研究的最核 心环节。 泡沫玻璃成型器达到合适高炉渣成分后，熔融 渣转入泡沫玻璃成型器，进行发泡成型。 废玻璃经球磨机粉碎，粒度要适中，粒度过粗， 膨胀性差，形成粗大的泡沫玻璃，粒度过细，膨胀性 好，但是与发泡剂混合不均匀，一般要求玻璃粉的粒 度‘5 1 为一o ．0 7 4m m 。经磨好的玻璃粉与适量融态 高炉渣一起放入图1 调质电炉中进行熔炼。 吸声泡沫玻璃产品的主要性能指标[ 1 5 ’1 “密度 1 8 0 ～2 4 0k g ／m 3 ；气孔率8 0 ％～9 5 ％；开口气孑L 率 4 0 ％～6 0 ％；吸水率 体积 0 ．2 ％；抗压强度 o ．7M P a ；抗折强度o ．5M P a ；使用温度范围一2 7 0 ～4 3 0 ℃；导热系数o ．0 3 5 ～o ．1 4 0W ／ m K 、常 温o ．0 5 2w ／ m K ；膨胀系数8 1 0 叫K。 2结果与分析 2 ．1 厚度对吸声性能的影响 不同厚度的吸声泡沫玻璃与吸声系数的关系见 图2 。 图2 不同厚度的吸声系数 F i g ．2 S o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t u n d e rd i f f e r e n tt h i c k n e s s 从图2 可知，在低频区域 ≤1 7 5H z ，吸声系数 随着厚度的增加而提高，但是1 5 0m m 与1 2 0m m 的吸声频率曲线几乎一样，所以厚度超过1 5 0m m 后，厚度对提高吸声系数的意义不大。由低到高五 种厚度玻璃的平均吸声系数分别为o ．0 9 67 、o ．2 9 0o 、 o ．3 7 67 、0 ．4 6 33 、0 ．4 5 67 。在中高频区域，吸声系数 与厚度的关系不明显，五者的平均吸声系数分别为 O ．4 7 9O 、O ．5 2 10 、O ．5 2 6O 、0 ．5 2 60 、O ．4 9 10 。 2 ．2 空腔对吸声性能的影响 取玻璃厚度为6 0m m ，选用3 种不同深度的空 腔，在混响室测量吸声泡沫玻璃与吸声系数的关系， 结果如图3 所示。 由图3 可见，在低频区域 ≤1 2 5H z ，吸声系数 随着空腔深度的增加而提高。在1 6 0H z 低频以内， 1 0 0m m 深度空腔的吸声系数比无空腔增加2 3 6 ％、 比2 0 0m m 空腔增加6 4 ％。在中高频区域 1 6 0 H z ，吸声系数与空腔深度特性曲线起伏较大，两者 关系不明显。 万方数据 5 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第3 期 图3 不同空腔深度的吸声系数 F i g ．3 S 0 u n da b s o r p t i o nc O e f f i c i e n t u n d e rd i f f e r e n td e p t ho fc a v i t y 2 ．3 边缝对吸声性能的影响 试样采用无缝、两边和四边留缝的方式在混响 室测量的不同边缝吸声泡沫玻璃的吸声系数，结果 见图4 。 H HJ 2 X x l 3 姗4 J 【 0S 删 频率／H z 图4 不同边缝的吸声系数 F i g ．4 S o 岫da b s o r p t i 仰c o e f f i c i 蚰t 吼d e r d i f f e r e n ts i d es e a m 从图4 可看出，在5 0 0H z 以下低频段和3o o o H z 以上高频段，不同边缝的吸声系数相差不大，但 在5 0 0 ～30 0 0H z 吸声系数随着边缝的增加而提 高。实际生活中，我们一般在泡沫玻璃之间留有边 缝，一方面是防止热涨冷缩，避免相互碰撞摩擦，另 一方面便于打密封胶，改善装饰效果，更重要的是可 以增加边缘吸声作用。在5 0 0 ～30 0 0H z ，2 边缝比 无边缝的吸声系数增加1 7 ．2 1 ％，4 边缝又比2 边缝 增加1 7 ％。 2 ．4 开口气孔率对吸声性能的影响 在1 0 0 ～1 2 5H z 频率范围内，不同开口气孔率 泡沫玻璃的吸声系数如图5 所示。 图5 开口气孔率与吸声系数 F i g ．5 S o u n da b s o r p t i 蚰c o e f f i c i e n t 吼d e r d i f f e r e n to p e n i n gp o r o s i t y 从图5 可知，吸声系数随着开口气孔率的增加 而提高。特别是开口气孔率小于3 0 ％时，吸声系数 随着开口气孔率的增加几乎呈线性关系提高。当开 口气孔率大于3 0 ％后，吸声系数与开口气孔率的关 系不明显，所以开口气孔率不是越大越好，要根据实 际情况而定。 3结论 在低频区域，厚度、空腔深度和开口气孔率的增 加都能提高吸声系数。但厚度超过1 5 0m m 后对吸 声系数提高意义不大。吸声系数只在5 0 0 ～30 0 0 H z 频率范围内随边缝的增加而提高，其他频率范围 内，吸声系数变化不大。 参考文献 [ 1 ] 孙鹏，车玉满，郭天永，等．高炉渣综合利用现状与展望 [ J ] ．鞍钢技术，2 0 0 8 3 6 9 ． [ 2 ] 汤优优，涂玉国，雷霆，等．某高炉渣综合利用试验研究 [ J ] ．矿产保护与利用，2 0 1 1 3 3 4 3 5 ． [ 3 ] 李晶，张寿荣．以“求实”观点审视我国钢铁工业的发展 口] ．新材料产业，2 0 0 8 7 9 1 2 ． [ 4 ] 葛伟青，杨静．国内泡沫玻璃的研究现状及发展趋势 口] ．唐山学院学报，2 0 0 8 ，2 1 2 6 6 6 7 ． [ 5 ] 张剑波，吴勇生．泡沫玻璃的研究进展口] ．中国资源综 合利用，2 0 1 0 ，2 8 4 2 5 3 0 ． [ 6 ] 吕玉恒．新型泡沫玻璃吸声材料介绍会在沪举行[ J ] ． 上海环境科学，2 0 0 2 6 3 4 1 ． [ 7 ] 深圳福朗节能技术有限公司．保温隔热泡沫玻璃保温 隔热耐火材料[ 0 L ] ． [ 2 0 1 4 一0 6 1 6 ] ．h t t p ／／ w w w ．x i e m a o w a n g ．c o m ／d e t a i l ／7 5 7 4 5 8 ．h t m l ． 下转第6 1 页 4 2 黎峨强g 万方数据 2 0 1 5 年第3 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ；f f y s y l ．b g r i m m ．c n 6 1 [ 1 0 ] 王一雍，金辉，李继东，等．电磁场对旋转铝液阴极法制 备铝镁中间合金作用行为的研究[ J ] ．有色金属 冶炼 部分 ，2 0 1 4 1 0 5 9 6 3 ． [ 1 1 ] 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