一种氮化硅质大规格陶瓷蓄热体及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】一种氮化硅质大规格陶瓷蓄热体，其特征是所述蓄热体为柱体结构，蓄热体内部设有多个贯通柱体的孔道，所述蓄热体由无机粉料和添加剂烧结而成，其中无机粉料包括以下重量配比的组分：碳化硅60重量份～70重量份、硅粉10重量份～30重量份、氮化硅5重量份～10重量份、氧化铝微粉2重量份～8重量份、二氧化硅2重量份～5重量份、氧化钙1.0重量份～2.5重量份。本发明具有良好的成型性能和保形性能。采用本发明配方和生产方法，蓄热体孔道密集，壁厚薄，壁厚仅为1mm，截面尺寸大，截面尺寸大于100cm2，长径比高，长度达1000mm，所有孔道具有阻力小，积灰少，不易堵塞，排尘性能良好等特点。
【专利说明】
-种氮化括质大规格陶瓷蓄热体及其制备工艺
技术领域
[0001] 本发明属于工业节能、减排设备领域，尤其设及一种氮化娃质大规格陶瓷蓄热体 及其制备工艺。
【背景技术】
[0002] 蓄热式燃烧技术已经在工业炉上获得广泛应用，其技术核屯、之一是高溫蓄热蜂窝 体。蓄热式蜂窝陶瓷由于良好的蓄放热性能、高溫性能和抗热冲击性能，替代了传统的蓄热 式小球、格子砖。使用时，通过换向使高溫烟气和低溫气体(如空气煤气）w相反的方向轮流 通过蓄热体，使蓄热体不断吸热放热、作为热交换的媒介，达到烟气与空气煤气换热的目 的。具体过程为：高溫烟气通过蓄热体时，蓄热体被加热至高溫，烟气溫度经大幅降低后排 放，此时热量蓄积在蓄热体中；换向后，低溫空气或煤气从反方向流经蓄热体，被加热至高 溫，蓄热体放热并降溫;再次换向后，烟气通过蓄热体，将蓄热体加热。如此循环往复，实现 烟气的低溫排放和热能回收利用。
[0003] 蜂窝陶瓷的换热面积与蜂窝陶瓷孔径和壁厚有直接关系。蜂窝陶瓷产品孔径越 小、壁厚越薄，表面积越大，换热面积也越大，换热效率也越高。但应用过程中，有很多原因 使蓄热体无法使用，究其原因，主要是现有蜂窝陶瓷配方及制作工艺不尽合理，导致烧成后 蜂窝体耐磨性能、耐腐蚀性能不高、尺寸小、长度短、孔径较大、壁厚、整体形状不规则。
[0004] 当蜂窝陶瓷体尺寸小、长度短时，蓄热室由多个小的蜂窝体拼装而成，蜂窝体之间 有一定间隙。运样就造成任何两个蜂窝体之间的气流孔是断开的且存在严重的错位现象。 烟气中的灰尘和颗粒物在蜂窝体之间的交错部位沉积，最后堵住气流通孔。而且现有蜂窝 陶瓷体因材料不理想，导致换热效率也受到影响。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种氮化娃质大规格陶瓷蓄热体及其制备工艺，用W解决现有蜂窝陶 瓷耐磨性能、耐腐蚀性能不高，形状不规整、尺寸小、长度短、孔径较大、壁厚，使用过程中易 堵塞烟道、热能浪费大、热换效率低等技术问题。
[0006] 为了解决W上技术问题，本发明所采取的技术方案是:为了解决W上技术问题，本 发明所采取的技术方案是:一种氮化娃质大规格陶瓷蓄热体，其特征是所述蓄热体为柱体 结构，蓄热体内部设有多个贯通柱体的孔道，所述蓄热体由无机粉料和添加剂烧结而成，其 中无机粉料包括W下重量配比的组分:碳化娃60-70重量份、娃粉10-30重量份、氮化娃5-10 重量份、氧化侣微粉2-8重量份、二氧化娃2-5重量份、氧化巧1.0-2.5重量份;所述蓄热体的 截面形状为多边形、半圆形、圆形、弓形、扇形的一种，所述孔道的截面形状为多边形、半圆 形、圆形、弓形、扇形的一种或多种组合，所述蓄热体截面外接圆直径>150mm，柱体长度与 截面外接圆直径比>3;所述制备工艺为：（1)干混:首先将无机粉料加入球磨机中，干混6~ 8小时，过80目的筛网；（2)加添加剂，所述添加剂成分包括有机粘结剂、增塑剂和保湿剂，按 无机粉料100份重量份计算，其中有机粘结剂为2.0~5.0重量份，增塑剂为0.5~3.0重量 份，保湿剂为0.5~3.ο重量份;（3)捏合，在捏合机中边揽拌边加入水和润滑剂；（4)初练:将 泥料在真空练泥机上进行初练，初练时练泥机真空度> -0. 〇5MPa，练成密实的泥料块，检测 泥料块的含水率、可塑性指标;所述泥料块的含水率、可塑性指标为:含水率28~32%，挤出 力塑性1700~2200N;巧)陈腐:将泥料块置于环境为：rC的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间化， 再将泥料块置于环境为8~25°C的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间>24h; (6)精炼并过滤:经 真空挤制机精炼后，在相对真空度均为-0. 〇9MPa中进行，再经过滤机过滤；（7)采用邸式真 空挤出机挤出成型；（8)干燥:首先采用蒸汽熏蒸2小时，可W预防裂纹产生，然后放入微波 炉，微波干燥15分钟，再送入热风炉采用热风干燥1小时；（9)切割，烧结:对巧料进行切割， 然后在氮化室中进行烧成，从室溫升到1400°C，升溫速度50°C/分钟，在1400°C保溫2~2.5 小时;然后从1400°(：升到1550~1600°(：:升溫速度25°(：/分钟，在1550~1600°(：保溫2.5-3小 时，最高烧结溫度1600°C，烧成时间96h后制得成品。
[0007] 有机粘结剂、聚氧化乙締、聚乙締醇、保湿剂的加入，W及二次陈腐过程，可W让陶 瓷粉料形成更为致密、均匀的混合泥料网络。
[0008] 干燥过程中，首先蒸汽熏蒸2小时，可W预防裂纹产生，然后放入微波炉，微波干燥 可W全面降低泥料含水率，再送入热风炉采用热风干燥1小时，获得非常合适的含水率。运 样既可防止湿巧在干燥过程中尽量不开裂，又在成型中起着降低泥料成型压力的作用。
[0009] 蜂窝体的定位凸条与定位凹槽配合，可W防止两个蜂窝体上下端面之间气流孔错 位现象发生。增设的轴向凹槽一定程度上增加了蓄热体气孔率、提高了蓄热体热交换效率。
[0010] 本发明具有良好的成型性能和保形性能。采用本发明配方和生产方法，蓄热体孔 道密集，壁厚薄，壁厚仅为1mm，截面尺寸大，截面尺寸大于100cm2,长径比高，长度达 1000mm，所有孔道具有阻力小，积灰少，不易堵塞，排尘性能良好等特点。安装后可W大幅减 少两个蜂窝体之间的气流孔错位现象，沿气流方向的通道非常杨通。并且蓄热体蓄放热性 能、耐磨性能、耐腐蚀性能好，耐热冲击性能好、换热效率高，因而是节约资源、绿色环保的 新型产品。
【附图说明】
[0011] 图1所示是本发明横截面为正方形的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合【具体实施方式】，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0013] 如图1所示，该氮化娃质大规格陶瓷蓄热体的截面形状为正方形、长方形等多边 形的一种，或者是半圆形、圆形、弓形、扇形等形状的一种。蓄热体截面尺寸>150mm，长径比 > 3(即柱体长度与截面外接圆直径比>3)，蓄热体内部设有大小均匀且呈平行或交错排 列的孔道1，孔道1截面的形状根据实际需求选择:可W为方形、Ξ角形、五边形、六边形等多 边形的一种或半圆形、圆形、弓形、扇形的一种或W上多种形状的组合。
[0014] 实施例一. 该氮化娃质大规格陶瓷蓄热体的制备工艺，其制备工艺为：制作的蓄热式蜂窝体截面 呈正方形；（1)干混，首先将无机粉料加入球磨机中，干混4小时，过100目的筛网，无机粉料 包括W下重量配比的组分： 碳化娃61重量份、娃粉11重量份、氮化娃6重量份、氧化侣微粉3重量份、二氧化娃3重量 份、氧化巧1.5重量份；（2)加添加剂，添加剂成分为径乙基纤维素4重量份、聚乙締醇1重量 份、聚氧化乙締1重量份、（聚乙二醇400)2重量份；（3)捏合，在捏合机中边揽拌边加入水和 润滑油，捏合时，加入400kg料后，边揽拌边分5次加入水，水加完后继续揽拌5分钟并一次性 加入桐油，20分钟后停止揽拌;（4)初练，经真空挤制机在相对真空度均为-0.09M化中初练， 练成密实的泥料块；（5)陈腐，将泥料块置于环境为：TC的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间化， 再将泥料块置于环境为8°C的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间26h; (6)精炼，过滤，再经真空挤 制机精炼后，在相对真空度均为-〇.〇9MPa中进行，再经过滤机过滤；（7)挤出成型，在邸式挤 出机挤成540mm长的湿巧;（8)首先采用蒸汽熏蒸2小时，然后放入微波炉，微波干燥15分钟， 再送入热风炉采用热风干燥1小时；（9)切割，烧结:对巧料进行切割，然后在氮化室中进行 烧成，首先从室溫升到1400°C，升溫速度50°C/分钟，在1400°C保溫2~2.5小时；然后从 1400 °C升到1550~1600 °C:升溫速度25°C/分钟，在1550~1600 °C保溫2.5-3小时，烧成时间 9化后制得成品。
[001引性能指标：成品的尺寸为150mm X 150mm X 540mm。耐硫酸侵蚀率0.3wt%(GB/ T17601-2008);比热容858J/Kg;吸水率4%;抗热冲击溫度460°C ;耐压强度巧由向）：62MPa;耐 磨性0.5 cm3。成品截面尺寸大，长径比高，安装后沿气流方向通道杨通，阻力小，积灰少。实 际使用表明：因为该蜂窝陶瓷蓄热体尺寸大、形状规整，安装后，蜂窝体之间的孔道1对位准 确，沿气流方向通常只要1-2块蜂窝陶瓷蓄热体串联就能保证气道通杨，让整个蓄热装置 的蓄放热性能、高溫性能和抗热冲击性能得到充分发挥。
[0016]实施例二： 该氮化娃质大规格陶瓷蓄热体的制备工艺，其制备工艺为：制作的蓄热式蜂窝体截面 呈正方形；（1)干混，首先将无机粉料加入球磨机中，干混6小时，过80目的筛网，无机粉料包 括W下重量配比的组分:碳化娃65重量份、娃粉18重量份、氮化娃7重量份、氧化侣微粉4重 量份、二氧化娃4重量份、氧化巧2重量份；（2)加添加剂，添加剂成分为甲基纤维素1重量份、 径乙基纤维素1重量份、氯乙基纤维素3重量份、聚乙締醇1重量份、聚氧化乙締1重量份、聚 丙二醇2重量份；（3)捏合，在捏合机中边揽拌边加入水和润滑油，捏合时，加入400kg料后， 边揽拌边分3次加入水，水加完后继续揽拌2分钟分两次加入桐油，30分钟后停止揽拌；（4) 初练，经真空挤制机在相对真空度均为-0. 〇8MPa中初练，练成密实的泥料块；（5)陈腐将泥 料块置于环境为：TC的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间化，再将泥料块置于环境为12°C的陈腐 室内进行陈腐，陈腐时间24h; (6)精炼，过滤，再经真空挤制机精炼后，在相对真空度均为- O.OSMPa中进行；（7)挤出成型，在邸式挤出机挤成1050mm长的湿巧；（8)首先采用蒸汽熏蒸2 小时，然后放入微波炉，微波干燥15分钟，再送入热风炉采用热风干燥1小时；（9)切割，烧 结:对巧料进行切割，然后在氮化室中进行烧成，首先从室溫升到140(TC，升溫速度50X7分 钟，在1400°C保溫2~2.5小时;然后从1400°(：升到1550~1600°(：:升溫速度25°(：/分钟，在 1550~1600°C保溫2.5-3小时，烧成时间96h后制得成品。
[0017] 性能指标：成品的尺寸为150mm X 150mm X 1050mm。耐硫酸侵蚀率0.32wt%(GB/ T17601-2008);比热容859J/Kg;吸水率3%;抗热冲击溫度460°C ;耐压强度巧由向）:63MPa;耐 磨性0.6 cm3。成品截面尺寸大，长径比高，安装后沿气流方向通道杨通，阻力小，积灰少。实 际使用表明：因为该蜂窝陶瓷蓄热体尺寸大、形状规整，安装后，蜂窝体之间的孔道1对位准 确，沿气流方向通常只要1-2块蜂窝陶瓷蓄热体串联就能保证气道通杨，让整个蓄热装置 的蓄放热性能、高溫性能和抗热冲击性能得到充分发挥。
[001引实施例立； 该氮化娃质大规格陶瓷蓄热体的制备工艺，其制备工艺为：制作的蓄热式蜂窝体截面 呈长方形；（1)干混，首先将无机粉料加入球磨机中，按所需粉料加入球磨机中，干混3小时， 过80目的筛网，无机粉料包括W下重量配比的组分:碳化娃65重量份、娃粉20重量份、氮化 娃8重量份、氧化侣微粉6重量份、二氧化娃4重量份、氧化巧2重量份；（2)加添加剂，添加剂 成分为甲基纤维素2重量份、氯乙基纤维素3重量份、聚乙締醇1重量份、聚氧化乙締1重量 份、下二醇3重量份；（3)捏合，在捏合机中边揽拌边加入水和润滑油，捏合时，加入400kg料 后，揽拌15min后先加入一半的水，继续揽拌5分钟后加入一半的菜巧油，过5分钟后加入剩 下的水和菜巧油，再过20分钟后停止揽拌；（4)初练，经真空挤制机在相对真空度均为- 0.08MPa中初练，练成密实的泥料块；巧）陈腐，将泥料块置于环境为：TC的陈腐室内进行陈 腐，陈腐时间化，再将泥料块置于环境为20°C的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间26h; (6)精炼， 过滤，再经真空挤制机精炼后，在相对真空度均为-0.09M化中进行，再经过滤机过滤；（7)挤 出成型，在邸式挤出机挤成880mm长的湿巧;（8)首先采用蒸汽熏蒸2小时，然后放入微波炉， 微波干燥15分钟，再送入热风炉采用热风干燥1小时；（9)切割，烧结:对巧料进行切割，然后 在氮化室中进行烧成，首先从室溫升到1400°C，升溫速度50°C/分钟，在1400°C保溫2~2.5 小时;然后从1400°(：升到1550~1600°(：:升溫速度25°(：/分钟，在1550~1600°(：保溫2.5-3小 时，烧成时间96h后制得成品。
[0019] 性能指标：成品的尺寸为150mm X 150mm X 880mm。耐硫酸侵蚀率0.34wt%(GB/ T17601-2008);比热容856J/Kg;吸水率4%;抗热冲击溫度460°C ;耐压强度巧由向）：62MPa;耐 磨性0.7cm3。成品截面尺寸大，长径比高，安装后沿气流方向通道杨通，阻力小，积灰少。实 际使用表明：因为该蜂窝陶瓷蓄热体尺寸大、形状规整，安装后，蜂窝体之间的孔道1对位准 确，沿气流方向通常只要1-2块蜂窝陶瓷蓄热体串联就能保证气道通杨，让整个蓄热装置 的蓄放热性能、高溫性能和抗热冲击性能得到充分发挥。
[0020] 实施例四： 该氮化娃质大规格陶瓷蓄热体的制备工艺，其制备工艺为：制作的蓄热式蜂窝体截面 呈半圆形；（1)干混，首先将无机粉料加入球磨机中，按所需粉料加入球磨机中，干混6小时， 过120目的筛网，无机粉料包括W下重量配比的组分:碳化娃70重量份、娃粉30重量份、氮化 娃10重量份、氧化侣微粉8重量份、二氧化娃5重量份、氧化巧2.5重量份；（2)加添加剂，添加 剂成分为甲基纤维素1重量份、氯乙基纤维素2重量份、聚乙締醇1重量份、聚氧化乙締2重量 份、（聚乙二醇400)3重量份；（3)捏合，在捏合机中边揽拌边加入水和润滑油，捏合时，加入 400kg料后，揽拌20min后一次性加入水，继续揽拌5分钟后加入所有的菜巧油，捏合过30分 钟后停止揽拌;（4)初练，经真空挤制机在相对真空度均为~0.08M化中初练，练成密实的泥 料块；巧）陈腐，将泥料块置于环境为：TC的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间化，再将泥料块置 于环境为25°C的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间29h; (6)精炼，过滤，再经真空挤制机精炼后， 在相对真空度均为-0.06M化中进行，再经过滤机过滤；（7)挤出成型，，在邸式挤出机挤成 660mm长的湿巧;（8)首先采用蒸汽熏蒸2小时，然后放入微波炉，微波干燥15分钟，再送入热 风炉采用热风干燥1小时；（9)切割，烧结:对巧料进行切割，然后在氮化室中进行烧成，首先 从室溫升到1400°C，升溫速度50°C/分钟，在1400°C保溫2~2.5小时;然后从1400°(：升到 1550~1600°C:升溫速度25°C/分钟，在1550~1600°C保溫2.5-3小时，烧成时间9化后制得 成品。
[0021 ] 性能指标：成品的尺寸为150mm X 150mm X 1000mm。耐硫酸侵蚀率0 . ：34wt%(GB/ T17601-2008);比热容859J/Kg;吸水率4%;抗热冲击溫度460°C ;耐压强度巧由向）：62MPa;耐 磨性0.6 cm3。成品截面尺寸大，长径比高，安装后沿气流方向通道杨通，阻力小，积灰少。实 际使用表明：因为该蜂窝陶瓷蓄热体尺寸大、形状规整，安装后，蜂窝体之间的孔道1对位准 确，沿气流方向通常只要1-2块蜂窝陶瓷蓄热体串联就能保证气道通杨，让整个蓄热装置 的蓄放热性能、高溫性能和抗热冲击性能得到充分发挥。
[0022] 对比例1:新型蓄热材料的生产方法包括W下步骤： 向陶瓷粉料(钟长石25%、莫来石65%、高岭±6%、α-Α?2〇32%、氮化棚2%)75.5份中加入娃 溶胶4份、簇甲基纤维素2份、氯化锭溶液0.2份、甘油2份、聚乙締醇0.4份、娃酸下醋5份、醋 酸乙締树脂4份和水12份进行混炼，制成泥料;将泥料通过模具挤出成型，制成巧料;将巧料 干燥后，送入隧道害内于1400°C烧制12小时，即得成品。
[0023] 将实施例1-4得到的蜂窝陶瓷和现有产品进行试验，实验结果如下表所示：
最后，应当指出，W上【具体实施方式】仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限 于上述【具体实施方式】，还可W有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对W上具体实施方 式所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种氮化硅质大规格陶瓷蓄热体，其特征是所述蓄热体为柱体结构，蓄热体内部设 有多个贯通柱体的孔道，所述蓄热体由无机粉料和添加剂烧结而成，其中无机粉料包括以 下重量配比的组分:碳化娃60-70重量份、娃粉10-30重量份、氮化娃5-10重量份、氧化错微 粉2-8重量份、二氧化硅2-5重量份、氧化钙1.0-2.5重量份;所述蓄热体的截面形状为多边 形、半圆形、圆形、弓形、扇形的一种，所述孔道的截面形状为多边形、半圆形、圆形、弓形、扇 形的一种或多种组合，所述蓄热体截面外接圆直径多150_，柱体长度与截面外接圆直径比 多3;所述制备工艺为：（1)干混:首先将无机粉料加入球磨机中，干混6~8小时，过80目的筛 网；（2)加添加剂，所述添加剂成分包括有机粘结剂、增塑剂和保湿剂，按无机粉料100份重 量份计算，其中有机粘结剂为2.0~5.0重量份，增塑剂为0.5~3.0重量份，保湿剂为0.5~ 3.0重量份;（3)捏合，在捏合机中边搅拌边加入水和润滑剂;（4)初练:将泥料在真空练泥机 上进行初练，初练时练泥机真空度多-〇 . 〇5MPa，练成密实的泥料块，检测泥料块的含水率、 可塑性指标；所述泥料块的含水率、可塑性指标为：含水率28~32%，挤出力塑性1700~ 2200N; (5)陈腐:将泥料块置于环境为3°C的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间5h，再将泥料块置 于环境为8~25°C的陈腐室内进行陈腐，陈腐时间多24h; (6)精炼并过滤:经真空挤制机精 炼后，在相对真空度均为-0.09MPa中进行，再经过滤机过滤；（7)采用卧式真空挤出机挤出 成型；（8)干燥:首先采用蒸汽熏蒸2小时，可以预防裂纹产生，然后放入微波炉，微波干燥15 分钟，再送入热风炉采用热风干燥1小时；（9)切割，烧结:对坯料进行切割，然后在氮化室中 进行烧成，从室温升到1400 °C，升温速度50 °C/分钟，在1400 °C保温2~2.5小时；然后从 1400 °C升到1550~1600 °C:升温速度25°C/分钟，在1550~1600 °C保温2.5-3小时，最高烧结 温度1600 °C，烧成时间96h后制得成品。2. 根据权利要求1所述的氮化硅质大规格陶瓷蓄热体的制备工艺，其特征是所述有机 粘结剂为甲基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤 维素、聚乙烯醇、硅酸丁酯、醋酸乙烯树脂、改性淀粉中的一种或多种组合。3. 根据权利要求1所述的氮化硅质大规格陶瓷蓄热体的制备工艺，其特征是所述有机 增塑剂为聚氧化乙烯、聚乙烯醇的组合物。4. 根据权利要求1所述的氮化硅质大规格陶瓷蓄热体的制备工艺，其特征是所述保湿 剂为聚乙二醇、甘油、丁二醇、丙二醇、已二醇、木糖醇、聚丙二醇、山梨糖醇中的一种或多种 组合;所述润滑剂为植物油、矿物油、凡士林的一种或多种组合。
【文档编号】F28D20/00GK106083144SQ201610433814
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月18日
【发明人】吴道君, 周守洪, 李军营, 姜朝兴, 杨晓波
【申请人】湖北神雾热能技术有限公司