一种蓄热材料及其制备方法

本申请涉及一种蓄热材料及其制备方法。

背景技术：

1、蓄热材料在以气体为燃料的工业锅炉中，如钢铁行业，有色金属等行业的蓄热式加热炉使用广泛。在这类锅炉蓄热室中，一般会频繁经受冷热气体交换，以起到从高温气体中回收热量，并用于加热低温气体的作用，两侧的温差一般都得超过100℃，因此，蓄热室需要填充大量的蓄热载体，以增加整个蓄热室的热容量。对于蓄热载体来说，需要有较大的热容量和较好的抗热震性。

2、目前工业上蓄热载体以球状为主，具有热震稳定性好、蓄热量大、强度高、易清洗、可重复利用等优点。合成方法一般分为两种方式，一是将原料粉体处理后在成球机中滚制成球；二是将原料放置在圆球模具中在一定压力下挤压成型。现有蓄热材料的主要问题是球状材料之间存在间隙，另外则是使用过程中容易发生损坏，特别是由于热胀冷缩的问题产生表面缝隙或者毁损。现在有较多的制备蓄热球的方式，其中一种采用将二次铝灰、镍铁渣、黏土矿物添加剂及粘结剂等原料依次经过混匀、造球、干燥和焙烧，得到具有丰富的孔结构、气孔分布均匀，且兼具良好机械强度和较高储热性能的多孔陶瓷蓄热球，其主要特点在于主要原料为铝灰和镍铁渣等工艺固废原料，成本低，经济附加值高，但其成型只能使用滚球法成型，其最小尺寸能达到直径5mm。另一种则是将铝矾土、莫来石、黏土、低钠α-氧化铝微粉、硅微粉、磷酸、磷酸二氢铝、粘结剂等。其制备过程简便，通过在成球过程中使用机压成胚的方式，只需在500度下干燥5hr，省去了1000度以上的焙烧过程，显著减少了能耗。但其成型过程中使用的350吨压力成球机设备较为复杂昂贵。因此可以看出对于蓄热材料，球形材料成型较为容易，但其理论填充系数较低，材料之间孔隙率较高，对炉膛体积利用率较低。而条形材料可以具有更小的颗粒尺寸，并这样得到的蓄热材料床层可以获得更高的填充系数，从而在相同炉膛体积内填充更多蓄热材料，获得更高的炉膛利用效率。但是条形材料的问题则是拐角处的耐磨性较差，容易发生损坏。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本申请一方面提出了一种蓄热材料，包括如下材料混合而成：硅粉：1-5份；铝源：20-30份；钙源：10-30份；水泥：30-40份；酸：0.2-0.5份；有机质：2-4份。本申请采用硅粉进行蓄热材料的调整，采用酸促进物质的混合和结合，从而确保得到的蓄热材料的强度和稳定性，保证能在其使用环境当中具有较高的机械强度和抗热震性。

2、优选的，所述钙源为氢氧化钙；所述有机质为田菁粉或乙基纤维素或瓜尔胶粉，所述水泥为铝酸钙水泥。

3、优选的，所述铝源按照如下方式得到：

4、将铝原料与水混合，搅拌，所述铝原料为拟薄水铝石或氢氧化铝或勃姆石；

5、加入改性物质，加入量为铝原料的30wt％；

6、水热反应100-180℃，反应时间为10-15小时；

7、经过滤、干燥、研磨、筛分，得到铝源；

8、铝源干燥的条件为100-110℃，反应时间为10-12小时。本申请通过尿素、碳酸氢铵、碳酸铵处理铝原料，再进行混合时，也是采用先加入之后然后再加入有机酸的混合方式，加强了物质之间的联系强度，保证了后续得到的蓄热材料的结构可靠性。

9、优选的，所述改性物质为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或者任意种以任意比例的混合物。

10、优选的，所述酸为有机酸和无机酸的等量混合物；所述有机酸为甲酸或乙酸或柠檬酸；所述无机酸为硝酸或磷酸。

11、优选的，所述硅粉的粒径为600-800目；所述铝源的粒径为80-200目；所述钙源的粒径为200-400目；所述水泥的粒径为200-400目；所述有机质的粒径为50-80目。

12、优选的，所述水料比为0.5-1。

13、另一方面，本申请还提出了一种蓄热材料的合成方法，包括如下步骤：

14、先混合铝源和钙源，然后加入有机酸后充分混合；

15、然后加入水泥后充分混合；

16、再加入水以及无机酸；

17、最后加入硅粉、有机质得到原料浆料，原料浆料的混合采用犁式混合机进行充分混合；

18、利用混捏机进一步混合碾压得到待加工浆料；

19、待加工浆料挤出得到胚块；

20、将胚块在60-80℃的恒温恒湿条件下进行养护1-5小时；

21、对于胚块进行干燥、焙烧得到蓄热材料。本申请采用有机酸和无机酸分离加入的方式，有机酸和改性的铝源进行混合，混合完毕之后能够加强与有机质的混合，而无机酸则是可以改善蓄热材料内部的碱性环境，保证最终得到的蓄热材料的性能。

22、优选的，所述干燥、焙烧按照如下方式进行：

23、在80-200℃下干燥2-10小时；

24、然后在600-800℃下一次焙烧5-20小时；

25、再升温到1100-1500℃下二次焙烧5-10小时。

26、优选的，所述胚块为圆柱形，直径为x，长度为y，其中x≤y≤5x。

27、本申请能够带来如下有益效果：

28、1.本申请采用硅粉进行蓄热材料的调整，采用酸促进物质的混合和结合，从而确保得到的蓄热材料的强度和稳定性，保证能在其使用环境当中具有较高的机械强度和抗热震性。

29、2.本申请通过尿素、碳酸氢铵、碳酸铵处理铝原料，再进行混合时，也是采用先加入之后然后再加入有机酸的混合方式，加强了物质之间的联系强度，保证了后续得到的蓄热材料的结构可靠性。

30、3.本申请采用有机酸和无机酸分离加入的方式，有机酸和改性的铝源进行混合，混合完毕之后能够加强与有机质的混合，而无机酸则是可以改善蓄热材料内部的碱性环境，保证最终得到的蓄热材料的性能。

技术特征：

1.一种蓄热材料，其特征在于：包括如下材料混合而成：

2.根据权利要求1所述的一种蓄热材料，其特征在于：所述钙源为氢氧化钙；所述有机质为田菁粉或乙基纤维素或瓜尔胶粉，所述水泥为铝酸钙水泥。

3.根据权利要求1所述的一种蓄热材料，其特征在于：所述铝源按照如下方式得到：

4.根据权利要求1所述的一种蓄热材料，其特征在于：所述改性物质为尿素、碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或者任意种以任意比例的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种蓄热材料，其特征在于：所述酸为有机酸和无机酸的等量混合物；所述有机酸为甲酸或乙酸或柠檬酸；所述无机酸为硝酸或磷酸。

6.根据权利要求1所述的一种蓄热材料，其特征在于：所述硅粉的粒径为600-800目；所述铝源的粒径为80-200目；所述钙源的粒径为200-400目；所述水泥的粒径为200-400目；所述有机质的粒径为50-80目。

7.根据权利要求1所述的一种蓄热材料，其特征在于：所述水料比为0.5-1。

8.一种蓄热材料的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种蓄热材料的合成方法，其特征在于：所述干燥、焙烧按照如下方式进行：

10.根据权利要求9所述的一种蓄热材料的合成方法，其特征在于：所述胚块为圆柱形，直径为x，长度为y，其中x≤y≤5x。

技术总结
一种蓄热材料及其制备方法，包括如下材料混合而成：硅粉：1‑5份；铝源：20‑30份；钙源：10‑30份；水泥：30‑40份；酸：0.2‑0.5份；有机质：2‑4份。本申请采用硅粉进行蓄热材料的调整，采用酸促进物质的混合和结合，从而确保得到的蓄热材料的强度和稳定性，保证能在其使用环境当中具有较高的机械强度和抗热震性。

技术研发人员：刘子阳,白鹏,许本静,阎子峰
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15