DOC《以高炉渣为原料制取泡沫玻璃对吸声的影响》

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 266525) 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150 mm后对吸声系数提高意义不大.吸声系数只在500~3

000 Hz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:TB34 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2015)03-0000-00 Effect of Foam Glass from Blast Furnace Slag on Sound Absorption MA Yan-mei, ZHOU Yang-min, LUO Si-yi, HUANG Guo-tao, YI Chui-jie (School of Mechanical Engineering, Qingdao Technological University, Qingdao 266525, Shandong, China) Abstract: Sound-absorbing foam glass was prepared from blast furnace slag. The effects of glass thickness, depth of cavity, side seam and opening porosity on absorption properties were investigated. The results show that increasing of thickness, depth of cavity, and opening porosity can improve sound absorption coefficient at low frequency, but the thickness exceeding

150 mm has little effect on absorption coefficient. Sound absorption coefficient rises with increasing of side seam only within the frequency range of 500~3

000 Hz. Key words: blast furnace slag;

foam glass;

sound absorption 高炉炼铁的能耗约占钢铁工业总能耗的60%[1].高炉渣是高炉炼铁的主要副产品,生产1 t铁水大约可以副产290 kg的高炉渣[2-3].目前,我国钢铁渣堆置量约3亿t,每年新产生约0.1亿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(foam glass)是一种内部充满许多相通或不通气孔的无机非金属玻璃材料,其气孔率[4]达到80%~95%,大部分气泡直径为1~3 mm.泡沫玻璃是由碎玻璃、发泡剂、助溶剂、改性剂和促进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]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40%~60%[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[9-13]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.

1 试验原料与流程 矿渣种类不同,成分含量也有差别[14].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(%):SiO2 72.

26、Al2O3 1.

30、MgO 4.

03、Fe2O3 0.

20、CaO 8.

13、其他14.08. 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. 收稿日期:2014-10-10 基金项目:国家自然科学基金重点项目(50934010) 作者简介:马岩美(1989-),女,山东滨州人,硕士研究生. 图1 制备泡沫玻璃的工艺流程图 Fig.1 Process flow diagram for preparation of foam glass 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,再喷入中间渣罐底部,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,再喷入中间渣罐,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]为-0.074 mm.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[15-17]:密度180~240 kg/m3;

气孔率80%~95%;

开口气孔率40%~60%;

吸水率(体积)0.2%;

抗压强度0.7 MPa;

抗折强度0.5 MPa;

使用温度范围-270~430 ℃;

导热系数0.035~0.140 W/(m・K)、常温0.052 W/(m・K);

膨胀系数8*10-6 K-1.

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 Fig.2 Sound absorption coefficient under different thickness 从图2可知,在低频区域(≤175 Hz),吸声系数随着厚度的增加而提高,但是150 mm与120 mm的吸声频率曲线几乎一样,所以厚度超过150 mm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0.096

7、0.290

0、0.376

7、0.463

3、0.456 7.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0.479

0、0.521

0、0.526

0、0.526

0、0.491 0. 2.2 空腔对吸声性能的影响 取玻璃厚度为60 mm,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. 图3 不同空腔深度的吸声系数 Fig.3 Sound absorption coefficient under different depth of cavity 由图3可见,在低频区域(≤125 Hz),吸声系数随着空腔深度的增加而提高.在160 Hz低频以内,100 mm深度空腔的吸声系数比无空腔增加236%、比200 mm空腔增加64%.在中高频区域(>

160 Hz),吸声系数与空腔深度特性曲线起伏较大,两者关系不明显. 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. 图4 不同边缝的吸声系数 Fig.4 Sound absorption coefficient under different side seam 从图4可看出,在500 Hz以下低频段和3

000 Hz以上高频段,不同边缝的吸声系数相差不大,但在500~3

000 Hz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500~3

000 Hz,2边缝比无边缝的吸声系数增加17.21%,4边缝又比2边缝增加17%. 2.4 开口气孔率对吸声性能的影响 在100~125 Hz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 Fig.5 Sound absorption coefficient under different opening porosity 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30%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30%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150 mm后对吸声系数提高意义不大.吸声系数只在500~3

000 Hz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,2008(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,2011(3):34-35. [3] 李晶,张寿荣. 以 求实 观点审视我国钢铁工业的发展[J]. 新材料产业,2008(7):9-12. [4] 葛伟青,杨静. 国内泡沫玻璃的研究现状及发展趋势[J]. 唐山学院学报,2008,21(2):66-67. [5] 张剑波,吴勇生. 泡沫玻璃的研究进展[J]. 中国资源综合利用,2010,28(4):25-30. [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,2002(6):341. [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[OL]. [2014-06-16]. http://www.xiemaowang.com/detail/757458.html. [8] 窦书英,林鸿宾. 彩色吸音泡沫玻璃的研制[J]. 玻璃,1997,24(6):4-6. [9] 成都天悦新材料有限公司. 聚酯纤维板[OL]. [2014-06-16]. http://b2b.hc360.com/supplyself/141453660.html. [10] 顾平,高小华. 织物隔声与吸声的工作机理[J]. 南通纺织职业技术学院学报,2008,8(3):1-4. [11] 宋硕,张建国,马继业,等. 地层内声波传播距离理论研究[J]. 石油矿场机械,2009,38(4):1-7. [12] 杜功焕,朱哲民,龚秀芬. 声学基础[M]. 南京:南京大学出版社,2012:292-298. [13] 齐共金,杨盛良,赵恂. 泡沫吸声材料的研究进展[J]. 材料开发与应用,2002,17(5):40-44. [14] 周扬民,杨致远,闫兆民,等. 高炉熔渣离心法制取矿棉[J]. 中国稀土学报,2010,28(增刊1):351-353. [15] 姜继圣,罗玉萍,兰翔. 新型建筑绝热、吸声材料[M]. 北京:化工工业出版社,2002:5-7. [16] 王承遇,陶瑛. 玻璃材料手册[M]. 北京:化学工业出版社,2007:4-15. [17] 钟祥璋. 吸声泡沫玻璃的材料特性及其吸收性能的提高[J]. 电声技术,2010,34(8):4-8. ........