1、用碳化麥桿麥殼做金屬液面保溫劑的試驗研究徐廣惠于欣偉趙國鵬尚世南(鞍山鋼鐵學院)摘要對碳化麥桿麥殼的理化性能和保溫性能在實驗室進行了試驗研究。研究結果表明，碳化麥桿麥殼與碳化稻殼具有相同的保溫性能，因此用碳化麥桿麥殼代替碳化稻殼作為金屬液面保溫材料是完全有可能的，這對因地制宜開發我國豐富的麥桿麥殼資源有著重要的意義。關鍵詞麥桿麥殼碳化保溫劑STUDY ON USING CARBONIZED WHEAT STRAW ANDHUSK AS INSULATION OF LIQUID METALXU GuanghuiYU XinweiZHAO GuopengSHANG Shinan(Anshan Ir

2、on and Steel Institute of Technology)ABSTRACTThis paper gives a systematic account of the physicochemical and insulation properties of carbonized wheat straw and husk.Based on the experiments in the laboratory,it is shown that carbonized wheat straw and husk possess the same insulating properties as

3、 carbonized rich husk.Therefore,it is quite possible to replace the latter with the former as insulating material for liquid metal.This practice,which suits the concrete conditions in north part of China,is of considerable practical importance in the exploitation of abundant resour-ces of wheat stra

4、w and husk.KEY WORDSwheat straw,wheat husk,carbonization,insulation1前言自1984年鞍山鋼鐵學院發明“自熱式直接加熱生產碳化稻殼”這一專利技術以來，碳化稻殼作為金屬液面優質保溫覆蓋材料在冶金企業中得到了迅速的應用和推廣1。碳化稻殼作為優質的保溫材料帶來了良好的應用效果和顯著的綜合經濟效益2。由于冶金企業對碳化稻殼大量的需求，促使稻殼原料漲價，收購也日趨緊張。碳化稻殼體積質量很小，長途運輸很不經濟，且供貨和質量都不能得到保證。我國土地遼闊，華北、西北、東北以及中南的某些地區麥桿麥殼資源極為豐富，價格也比稻殼低廉，如果碳化麥桿麥殼

5、能代替碳化稻殼做金屬液面的保溫劑，從擴大碳化原料的來源、降低保溫劑的費用、滿足某些冶金企業的需求來看，將具有重要的現實意義。為此，我院熱能工程研究室對碳化麥桿麥殼的理化性能和保溫性能進行了系統地試驗研究，取得了預想的實驗結果。2碳化麥桿麥殼及碳化稻殼的理化性質麥桿麥殼及稻殼都是由纖維素和以SiO2為主體的無機礦物質組成，并具有蜂窩狀的組織結構。從表1看出，它們都具有較高的無機礦物質含量。對所含的無機物進行化學分析，可以看出無機物主要成分是SiO2，其含量高達90 %，見表2。將麥桿麥殼和稻殼在700 溫度下干餾15 min得到的碳化物成分分析見表3。目前國內各廠生產的碳化稻殼固定碳含量為35

6、%50 %；灰分含量為65 %50 %。而將麥桿麥殼混合物在與生產廠相同的碳化爐中碳化，得到的碳化麥桿麥殼混合物中固定碳和灰分的含量大約各占50 %。如果調節碳化爐中的氣氛，完全可生產出與碳化稻殼成分相同的碳化麥桿麥殼混合物。表 1麥殼、麥桿、稻殼的化學組成%Table 1Chemical composition of wheat husk,straw and rice husk%名稱水分揮發分固定碳灰分麥殼9.054.021.515.5麥桿9.052.327.211.5稻殼9.054.218.018.8表 2麥殼、麥桿、稻殼的無機物成分分析%Table 2Inorganic composit

7、ion of wheat husk,straw and rice husk%成分麥殼麥桿稻殼SiO288.090.189.6MgO0.110.172.00P2O52.901.801.80K2O2.652.601.60Na2O1.00SO30.810.90Fe2O33.803.040.05Al2O31.272.20微量CaO0.380.071.00表 3碳化物成分分析%Table 3Composition of carbides%名稱殘存揮發分固定碳含量灰分碳化麥殼7.144.748.2碳化麥桿7.047.145.9碳化麥桿麥殼混合物6.658.634.8(麥殼占31.5 %)碳化稻殼5.743

8、.251.1碳化稻殼是目前公認的最佳金屬液面保溫材料，其保溫性能好，是因為稻殼碳化后仍然保持排列整齊的蜂窩狀組織結構；碳化稻殼中的固定碳在保溫過程中緩慢燃燒放出熱量，減小了保溫層中的溫度梯度，使液態金屬通過保溫層的散熱量減少，碳化稻殼中灰分的主要成分是SiO2，其熔點超過鋼水溫度，因而不熔化，起到了碳骨架的作用，使保溫層能保持泡沫狀松散狀態，無明顯塌陷。麥桿麥殼碳化后也同樣能保持蜂窩狀的組織結構，并且有一定的碳含量，其灰分的主要成分也是SiO2，因而可以判斷，用碳化麥桿麥殼取代碳化稻殼作為金屬液面的保溫劑是可行的。 3碳化麥桿麥殼的保溫性能碳化麥桿麥殼覆蓋于金屬液面保溫時，由于碳的緩慢燃燒，因

9、而保溫層中的傳熱是不穩定態傳熱。為了能夠確定碳化麥桿麥殼本身固有的導熱性質，通常是在隔絕空氣不使碳化物燃燒放熱的條件下，測定其穩定態傳導傳熱下的導熱系數。平面保溫層在穩定態傳導傳熱時散失的熱量Q按傅里葉公式計算3(1)式中t1、t2保溫層高溫面、低溫面的溫度；S保溫層的厚度；F保溫層的傳熱面積；保溫材料的導熱系數。導熱系數代表物質導熱能力的大小，與物質本身的性質、組織結構、密度、溫度和濕度等因素有關。導熱系數可作為確定各種材料保溫性能的一項重要指標。將碳化麥桿、碳化麥殼和二者的混合物(其中麥桿占68.5 %)送至遼寧建材中心檢驗站，用日本快速導熱儀測定了上述試樣的導熱系數，測定結果見表4。碳化

10、稻殼的導熱系數由鞍山第五糧庫碳化稻殼生產車間、江西余江保溫材料廠、山東明水保溫材料廠、北京豐化保溫材料廠報出的測定數據均為0.0455 W/(m*K)。表 4碳化物導熱系數測定值W/(m*K)Table 4Detected values of thermal conductivity of carbidesW/(m*K)名稱導熱系數碳化麥殼0.0457碳化麥桿0.0457碳化混合物0.0456從以上測定數據看出，碳化麥殼、碳化麥桿和碳化稻殼具有相同的導熱系數，因而在我國產麥區可大量采用麥桿和麥殼的混合物制成保溫劑以取代碳化稻殼。 4碳化物的塌陷度塌陷度是指覆蓋在金屬液面的保溫材料在高溫作用下隨

11、著碳的緩慢燃燒其保溫層塌陷的程度。對覆蓋層厚度相同的各種保溫材料來說，塌陷度越低，最終保溫層就越厚，保溫效果就越好。在實驗室條件下測定了800 時碳化麥殼、碳化麥桿、二者的混合物和碳化稻殼的塌陷度，塌陷度隨加熱時間變化的關系如圖1所示。由圖1可以看出，碳化麥殼比碳化稻殼的塌陷度低，碳化麥桿比碳化稻殼的塌陷度高，而碳化混合物的塌陷度與碳化稻殼的基本相同。5產品收得率由于麥桿麥殼中有機物的含量高于稻殼中的含圖 1碳化物的塌陷度隨加熱時間的變化關系Fig.1Collapse degree of carbide with change of heating time碳化麥殼；碳化麥桿；×碳化

12、混和物；碳化稻殼量，因此碳化麥桿麥殼產品的收得率略低于碳化稻殼的收得率。在實驗條件下，碳化1 t麥桿、麥殼混合物可得到355 kg的碳化混合物，與稻殼碳化的收得率接近。在工業生產中考慮到麥桿中細屑較多，在碳化爐中不易沉降，因此每生產1 t碳化麥桿麥殼混合物，大約需要4.04.5 t。6結論(1) 麥桿麥殼和稻殼均由蜂窩狀植物纖維組成，碳化后仍保持這種組織結構，因此它們的碳化物都具有良好的保溫性能。實測表明，碳化麥桿、碳化麥殼和碳化稻殼的導熱系數相同，因而可以大量使用麥桿麥殼制做優質保溫劑。(2) 碳化麥桿、碳化麥殼的灰分與碳化稻殼的灰分其主要成分SiO2均接近90 %，因此它們具有較高的耐火度，在高溫下能長時間的保持泡沫狀松散狀態，塌陷性能與碳化稻殼相近，具有良好的保溫性能。(3) 在實驗條件下，碳化1 t麥桿麥殼混合物可得到355 kg的碳化混合物，與碳化稻殼的收得率接近。在工業生產中，考慮到麥桿麥殼細屑較多，在碳化爐中不