专利名称：一种碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体的制作方法
技术领域：
本发明涉及陶瓷蜂窝蓄热体，尤其是涉及用于高性能热交换的复合材质陶瓷蜂窝 蓄热体。
背景技术：
能源紧缺是当今国际社会面临的最大难题之一。随着世界工业化进程的快速发 展，燃烧型热能交换(如火力发电、城市集中供热等)和热能加工(冶炼、热处理、化工和建 材生产等)是能源消耗的最大用户之一。为了节约能源，这些行业大都对炉窑设备进行改 造，加强炉窑设备的保温隔热、强化热介质体对被加热物的传热等手段，用以提高能源利用 率和提高燃烧效率。但由于炉窑设备的余热主要是被烟气带走，因此上述改造措施不能充 分地使炉窑设备的能源利用率和燃烧效率得到明显提高。随着科学技术的不断发展，蓄热 式燃烧技术在上述行业的炉窑设备中为提高能源利用率和提高燃烧效率起到了重要作用， 每年可节纸大量的能源。作为使用蓄热式燃烧技术的炉窑设备中蓄热燃烧器，其中最关键 的是蓄热燃烧器中的蓄热体，蓄热体性能的好坏直接关系到蓄热式炉窑设备的节能水平和 燃烧效率。蓄热体从最初用普通耐火材料制造一直发展到现在的蜂窝陶瓷材料制造，从普 通的堇青石型蜂窝陶瓷发展到莫来石、刚玉质型或锆铬刚玉质蜂窝陶瓷。其蓄热体所具有 的耐高温、高强度、低膨胀、抗腐蚀和抗热震性能都有比较大的提高，同时这类蓄热体还具 有热交换面积大、气流阻力小，蓄热能力强特点，因此，在现有的各种炉窑设备中和民用燃 具等热加工中得到了较为广泛的应用。但上述蓄热体由于其耐高温性、抗压强度不够高，特 别是热震性、抗侵蚀性还不高，加上吸水性比较高，在实际应用中，由于燃气洁净度不高、焦 油和粉尘含量较多，以及初加热物上的升发物，(如钢材上的磷酸锌、炉内氧化反应生时产 生的氧化铁)，在负氧和有腐蚀性气体等恶劣条件下会产生的大量灰尘和粘堵物，容易使蜂 窝蓄热体的孔道粘附和堵塞，在高温及腐蚀下，蓄热体容易开裂、破碎、粉化和坍塌，使蓄热 体不能正常使用，使用寿命不超过一年，一般为8-10月，从而缩短了蓄热式炉窑设备的使 用周期限，不仅提高了炉窑设备的运行成本，降低了经济效益，而且会造成环境污染，不利 于环境保护。
发明内容
针对上述现有蜂窝陶瓷蓄热体存在的问题，本发明提供了一种不仅耐温高、抗压 强度高、热震性、抗侵蚀性高、使用寿命长，吸水性低，而且具有换热面积大、气流阻力小、蓄 热能力强、占用面积小的碳化硅_刚玉复合材质蜂窝蓄热体。本发明所述碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体以碳化硅粉，锆刚玉粉，刚玉粉，莫 来石粉，高岭土、纤维素以及蓝晶石、红柱石和硅线石组合物为主要原料，采用原位受控晶 化技术，通过有效控制晶相组成、晶粒生长和全致密化，优化不同温度下的材质组成，制备 出六方孔、三角孔和四方孔的复相蜂窝陶瓷蓄热体。本发明主要原料的重量百分比为碳化硅粉20-30% wt，锆刚玉粉4-8% wt,刚玉粉20-30% wt，莫来石粉15-20% wt，蓝晶石、红柱石和硅线石组合物15-30% wt，高岭土 4-8% wt和纤维素2-5% wt。另外加入不大于上述主要原料总重量的助磨剂，再分别加 入不大于筛分后混合物重量1 %的润滑剂和增塑剂。所述润滑剂为桐油，所述增塑剂为甘油，所述助磨剂为硬脂酸。本发明所述碳化硅_刚玉复合材质蜂窝蓄热体制备方法步骤是1、将碳化硅粉，锆刚玉粉，刚玉粉，莫来石粉，高岭土、纤维素以及蓝晶石、红柱石和硅线石组合物主要原料和助磨剂按重量百分比例加入球磨机中混合球磨，球磨后过325 目筛分得到混合物；2、在上述混合物中分别加入不大于混合物重量的桐油和不大于混合物重量 的甘油进行混炼、陈腐和真空炼泥后形成泥段；3、将泥段加入模具中进行挤压成型；4、将挤压成型的湿态蓄热体放入微波炉或远红外线炉中干燥定型成干坯；5、再将干坯装入梭式窑中，在1400-1450°C温度下保温4_8小时进行烧制；6、而后随窑冷却或空冷至常温出窑。本发明所述碳化硅_刚玉复合材质蜂窝蓄热体性能指标是密度彡2.8g/cm3热膨胀系数(20-1000°C)彡 5. OXlO"6 · V比热容彡1. 20J · (Kg · K) -1抗热震性(试块1100°C水冷次数)彡8次最高使用温度中温型1580°C高温型1650°C抗压强度A轴彡35Mpa B轴彡15Mpa本发明所述碳化硅_刚玉复合材质蜂窝蓄热体化学成份SiO2 32-38% (其中所含 SiC 以 SiO2 计)AL2O3 55-60% Cr2O3 3-5% ZrO 2-4%Fe2O3 ^ 1. 0% K2CHNa2O ^ 1. 0% TiO2 < 0. 5%本发明所述碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体，是一种耐高温、高强度、低膨胀复 相的新型无机非金属陶瓷蓄热体，具有耐火度高、抗热震性好、抗腐蚀性强，同时还具有换 热面积大、气流阻力小、蓄热效率高、占地面积小，使用寿命长，使用寿命达到两年以上的特 点。它广泛用于黑色和有色冶炼、火力发电、石化化工、陶瓷、玻璃、机械加工和民用灶具等 蓄热式加热炉。所述原位受控晶化技术是对合成材料的晶粒尺寸、数量和形状综合有效控制。所述蓝晶石、红柱石和硅线石重量比为2 3 1。
具体实施例方式实施例1，碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体主要规格之一外形尺寸为 150 X 150 X 100mm,孔径为3 X 3mm,孔壁厚为0. 6 1mm，对紧靠炉膛高温处的前两排也可采 用大外形尺寸、大孔径和大壁厚(250 X 200 250 X 100mm,孔径为4 6 X 4 6_，孔壁厚 为1. 5 2. 2mm的碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体，其孔也可制成圆孔，具体规格可根据 客户要求制订。本实施例1采用碳化硅粉20% wt，锆刚玉粉4% wt，刚玉粉28% wt，莫来石粉18% wt，蓝晶石、红柱石和硅线石组合物22% wt，高岭土 5% wt和纤维素3% wt为主 要原料，并按下列方法步骤制备而成 1、将上述重量百分比例的碳化硅粉，锆刚玉粉，刚玉粉，莫来石粉，高岭土、纤维素 以及蓝晶石、红柱石和硅线石组合物加入球磨机中球磨，并加入上述主要原料总重量的 硬脂酸进行球磨，球磨后过325目筛分得到混合物，2、在上述混合物中分别加入混合物重量的桐油和混合物重量的甘油进行 混炼、陈腐24小时后进行真空炼泥形成泥段；3、将泥段加入模具中进行挤压成型；4、将挤压成型的湿态蓄热体放入微波炉或远红外线炉中干燥定型成干坯；5、再将干坯装入梭式窑中，在1450°C温度下保温4小时进行烧制；6、而后随窑冷却或空冷至常温出窑。实施例1所得到的蓄热体各项性能指标经检测密度3·05g/cm3 热膨胀系数(20_1000°C ) 4. 2 X IO"6 · V比热容1.38J · (Kg · K)—1 最高使用温度1650°C抗热震性(试块1100°C水冷次数)10次抗压强度A轴 37. 5Mpa，B 轴 16. 3Mpa实施例2，碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体外形尺寸为100 X 100 X 100mm，孔径 为3 X 3mm，孔壁厚为0. 6 1mm。本实施例2采用碳化硅粉24% wt，锆刚玉粉7% wt,刚玉 粉20% wt，莫来石粉15% wt，蓝晶石、红柱石和硅线石组合物28% wt，高岭土 4% wt和纤 维素2% wt为主要原料，并按下列方法步骤制备而成1、将上述重量百分比例的碳化硅粉，锆刚玉粉，刚玉粉，莫来石粉，高岭土、纤维素 以及蓝晶石、红柱石和硅线石组合物加入球磨机中球磨，并加入上述主要原料总重量0. 7% 的硬脂酸进行球磨，球磨后过325目筛分得到混合物，2、在上述混合物中分别加入混合物重量0. 7%的桐油和混合物重量0. 8%的甘油 进行混炼、陈腐24小时后进行真空炼泥形成泥段；3、将泥段加入模具中进行挤压成型；4、将挤压成型的湿态蓄热体放入微波炉或远红外线炉中干燥定型成干坯；5、再将干坯装入梭式窑中，在1400°C温度下保温8小时进行烧制；6、而后随窑冷却或空冷至常温出窑。实施例3，采用碳化硅粉28% wt，锆刚玉粉4% wt,刚玉粉25% wt，莫来石粉15% wt，蓝晶石、红柱石和硅线石组合物16% wt，高岭土 % wt和纤维素5% wt为主要原料，力口 入主要原料总重量0. 5%的硬脂酸球磨，球磨后过325目筛分得到混合物，在混合物中分别 加入混合物重量0. 5%的桐油和混合物重量0. 6%的甘油进行混炼、陈腐24小时后真空炼 泥形成泥段，再挤压成型，干燥和1400°C下保温6小时烧制而成。
权利要求
一种碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体，其特征在于它以20-30％wt的碳化硅粉，4-8％wt的锆刚玉粉，20-30％wt的刚玉粉，15-20％wt的莫来石粉，15-30％wt的蓝晶石、红柱石和硅线石组合物，4-8％wt的高岭土和2-5％wt的纤维素为主要原料，并按下述方法步骤制备而成(1)将上述重量百分比例的碳化硅粉，锆刚玉粉，刚玉粉，莫来石粉，高岭土，纤维素以及蓝晶石、红柱石和硅线石组合物加入球磨机中球磨，并加入不大于上述主要原料总重量1％的硬脂酸进行球磨，球磨后过325目筛分得到混合物；(2)在上述混合物中分别加入不大于混合物重量1％的桐油和不大于混合物重量1％的甘油进行混炼、陈腐和真空炼泥后形成泥段；(3)将泥段加入模具中进行挤压成型；(4)将挤压成型的湿态蓄热体放入微波炉或远红外线炉中干燥定型成干坯；(5)再将干坯装入梭式窑中，在1400-1450℃温度下保温4-8小时进行烧制；(6)而后随窑冷却或空冷至常温出窑。
全文摘要
一种碳化硅-刚玉复合材质蜂窝蓄热体，它以20-30％wt的碳化硅粉、4-8％wt的锆刚玉粉、20-30％wt的刚玉粉、15-20％wt的莫来石粉、15-30％wt的蓝晶石、红柱石和硅线石组合物，4-8％wt的高岭土和2-5％wt的纤维素粉为主要原料，加入球磨机中球磨，并加入不大于上述主要原料总重量1％的硬脂酸进行球磨后筛分得到混合物，再分别加入不大于混合物重量1％的桐油和混合物重量％的甘油进行混炼、陈腐和真空炼泥后形成泥段，模具中进行挤压成型并干燥，在1400-1450℃温度下保温4-8小时进行锻烧。本发明具有耐火度高、抗热震性好、抗腐蚀性强特点，还具有换热面积大、气流阻力小、蓄热效率高、占地面积小，使用寿命长，使用寿命达到两年以上，它广泛用于黑色和有色冶炼、火力发电、石化化工、陶瓷、玻璃、机械加工和民用灶具等蓄热式加热炉。
文档编号C04B35/10GK101798212SQ201010103068
公开日2010年8月11日 申请日期2010年1月29日 优先权日2010年1月29日
发明者朱波, 朱立全, 王献忠 申请人:王献忠;朱立全;朱波