一种堇青石莫来石质蜂窝陶瓷蓄热体及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种蜂窝陶瓷蓄热体，特别是含有堇青石、莫来石作为陶瓷组份的一种堇青石莫来石质蜂窝陶瓷蓄热体，用于钢铁、机械、建材、石化、有色金属冶练等行业的各种加热炉、热风炉、热处理炉、裂解炉、烘烤器、熔化炉、均热炉、油气锅炉等窑炉回收烟气余热的蓄热材料，属窑炉蓄热材料领域。
[0002]本发明还涉及该蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法。
【背景技术】
[0003]从19世纪中期开始，规模大且温度高的炉子如高炉、热风炉、焦炉等就开始采用蓄热燃烧技术回收高温烟气余热。使用蓄热室回收烟气余热后炉子的热效率明显提高。但刚开始的蓄热室内采用格子砖为蓄热体，但传热效率低，蓄热室体积庞大，换向时间长，使用很不灵活，限制了蓄热燃烧技术在其它工业炉上的推广与普及。
[0004]90年代以来，随着能源的紧张，环境污染的严重，节能与环保越来越引起人们的重视。控制系统与蓄热材料的更新使蓄热式燃烧技术得到了重大发展。英国HotWorkDevelopment公司与British Gas研宄院于1982年合作开发了一座使用陶瓷小球作为蓄热体的新型蓄热式加热炉，其节能效果显著。它可以将助燃空气加热到燃气的燃点以上，使平均燃烧温度和热利用效率提高，但由于温度高导致氮氧化物排放浓度增加。采用陶瓷小球或蜂窝陶瓷体代替格子砖用于工业炉的余热回收是蓄热方式的一个飞跃，不仅提高了蓄热效率，也使高温空气燃烧技术的推广成为可能。
[0005]蓄热燃烧技术是高温燃烧领域一种古老而年轻的节能环保技术，蓄热燃烧系统温度效益及热效益的高低，直接取决于蓄热体的性能。20世纪80年代，蓄热体开发取得突破，出现了小直径球状及点焊状(卵石状)陶瓷体，使蓄热结构紧凑，与烧咀成一体，但使用中产生的压降大，热面积也有限。本发明制备的蓄热体，在国内解决了比表面积比球体陶瓷蓄热体大，抗压强度大于40MPa，最高使用温度> 1600°C，比热1100?1400等方面的突破。
[0006]上世纪90年代初，日本科学家首先发明了高温空气燃烧技术，简称H T A C，该技术通过换向装置使两个蓄热室交替吸热放热，最大限度地回收烟气的热量，再把炉内的助燃空气和煤气加热到1000°c以上，即使低热值的劣质燃料也能实现稳定着火和高效燃烧。而应用实践表明，HT A C技术的关键是能否研制出高性能的蜂窝陶瓷蓄热体。高性能的蜂窝陶瓷蓄热体必须具有耐高温、抗腐蚀、热震稳定性好、强度高、蓄热量大、导热性能好等优点。
[0007]H T A C技术被广泛用于钢铁、机械、建材、石化、有色金属冶练等行业的各种加热炉、热风炉、热处理炉、裂解炉、烘烤器、熔化炉、均热炉、油气锅炉等窑炉中。如果全国大多数工业窑炉都采用H T A C技术，其经济效益和社会效益不可估量，将极大在缓解能源紧缺的状况，并改善人类的生存环境。目前在国内蜂窝陶瓷蓄热体在大型钢铁厂、金属镁厂中使用较多，但两者使用条件不尽相同，金属镁厂使用温度偏高，对蜂窝陶瓷蓄热体的性能要求更高。
[0008]蜂窝陶瓷蓄热体采用严格的配料配方，对粉体进行球磨，添加粘结剂，助烧结剂等进行搅拌捏合，经过时效处理、练泥处理、挤压成型、定型、切坯高温焙烧而成。
[0009]目前，国内现有的蜂窝陶瓷蓄热体主要存在以下问题:耐火度偏低，在一些金属镁厂达不到使用要求；抗热震性差，有的在短期内会开裂、破损，导致蓄热体更换频率高，使用周期短，既浪费严重，又制约着生产。
【发明内容】
[0010]本发明的目的正是为了克服现有蜂窝陶瓷蓄热体所存在的问题，而提供一种具有良好的烧结和综合物理性能，使其蓄热能力高，换热速度快，高温强度高，抗热震性好，使用温度可超过1400°C的蜂窝陶瓷蓄热体，从而缓解能源紧缺，并改善人类的生存环境。
[0011]本发明还提供该蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法。
本发明的目的是通过下列技术方案实现的:
一种堇青石莫来石质蜂窝陶瓷蓄热体，它由陶瓷粉料和粘结剂组成，陶瓷粉料与粘结剂重量配比为70?75:25?30 ；
所述陶瓷粉料是由下述重量配比的原料组成:
莫来石40?50份
苏州土15?20份
拟薄水铝石3?6份
滑石15?20份
氧化铝7?15份
钛白粉I?3份，
所述粘结剂是由下述重量配比的原料组成:
胶水5?10份
甘油3?7份
无离子水5?10份
纤维素3?5份。
[0012]所述陶瓷粉料各原料粒度为:莫来石200?400目、苏州土 600?1250目、拟薄水铝石1250目、滑石600?1250目、氧化铝2?6ym、钛白粉<2μπι，所述蜂窝陶瓷蓄热体端面有均布的中通直孔的长方体、正方体的块状。
[0013]所述堇青石莫来石质蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法，包括以下步骤:
a)将粒度为200?400目的40?50重量(下同)份莫来石、600?1250目的15?20份苏州土、1250目的3?6份拟薄水销石、600?1250目的15?20份滑石、2?6 μπι的7?15份氧化铝和< 2 μπι的I?3份钛白粉混合后过100目筛，筛下得到陶瓷粉料，
b)再将5?10份胶水、3?7份甘油、5?10份无离子水和3?5份纤维素混合的粘结剂与(a)项得到的陶瓷粉料加入捏合机搅拌捏合I?1.5小时，练成可塑性泥料，陶瓷粉料与粘结剂重量配比为70?75:25?30，再经过在练泥机中初练、精练后，裝入密闭的陈腐框中进行陈腐，得到陈腐好的泥料；
c)陈腐好的泥料在真空度<-0.09兆帕的练泥机中挤成圆柱状，切成段儿裝入挤压成型机中，通过不同的模具挤出不同规格的蓄热体段状湿毛坯置入微波炉中干燥定型后在100?110°C烘干24小时硬化，得到干燥硬化后的定型坯体；
d)将干燥硬化后的定型坯体进行端面切割加工，获得整齐的端面，再从端面加工均布的中通直孔，获得整齐的蜂窝端面完整蜂窝陶瓷坯体装入烧结炉，升温至1300?1400°C高温烧结，得到蜂窝陶瓷蓄热体产品。
[0014]所述的高温烧结是以60°C /h的升温速度升温至550°C低温排烟，待有机物挥发后，再以200°C /h的升温速度快速升温至1200°C，再以40°C /h的升温速度升温至1300?1400°C的烧结温度，并在此温度下保温2?4h。
[0015]本发明的蜂窝陶瓷蓄热体采用的莫来石、苏州土、拟薄水铝石、滑石、氧化铝和钛白粉为主体陶瓷粉料，其中莫来石，化学式3A1203.2Si02，莫来石是A1203— Si02系中唯一稳定的二元化合物，莫来石矿被用来生产高温耐火材料，莫来石膨胀均匀，热震稳定性极好，荷重软化点高，高温蠕变值小，硬度大，抗化学腐蚀性好。在该配方中作为骨料。
[0016]苏州土，中低温热液蚀变残余型高岭土。是特种陶瓷中难得的天然优质原料。氧化铝含量为37%?39%，二氧化硅46%?48%，耐火度1730°C，可塑性较低。在该配方中，与滑石、氧化铝形成堇青石。
[0017]拟薄水铝石；无毒、无味、无臭、白色胶体状(湿品)或粉末(干品)，晶相纯度高、胶溶性能好，粘结性强，具有比表面高、孔容大等特点，其含水态为触变性凝胶。在该配方中加入拟薄水铝石可以促进堇青石的生成。
[0018]滑石:与苏州土、氧化铝生成基质，提高抗热震性，氧化铝:与滑石、苏州土形成基质，提尚抗热震性，
钛白粉:加入钛白粉助烧剂，可促进产品在低温固相下烧结，从而可降低烧结温度，提高产品的使用温度。
[0019]粘结剂的胶水可增加毛坯强度，甘油起润滑作用，纤维素可保水，增加塑性。
[0020]将上述的陶瓷粉料和粘结剂经过通过混料、调泥、真空练泥、陈腐、成型、烘干、高温烧结制成