专利名称：一种用工业陶瓷废料制备蜂窝状陶瓷蓄热体的方法
技术领域：
本发明属于陶瓷蓄热体制备技术领域，尤其涉及一种用エ业陶瓷废料制备蜂窝状陶瓷蓄热体的方法。
背景技术：
蓄热式高温燃烧技术中使用的节能蓄热体为陶瓷材料，其形状经历了由格子砖——小球——蜂窝体的发展过程。由格子砖到小球的提高使得蓄热式燃烧技术得到真正的实现，而从小球到蜂窝体的提高使得蓄热式高温燃烧技术最終得到了完善。蜂窝状陶瓷代表了蓄热体的产品和技术发展方向，陶瓷蓄热体由格子砖到蜂窝体的发展过程，从表面 上看仅仅是ー种形状的改变，但其中却蕴含着巨大的技术进歩。陶瓷蓄热体是蓄热式高温燃烧技术中最关键的部件，也是陶瓷行业最具技术含量和体现エ业制造水平的部件。在蓄热式高温燃烧技术中，蓄热体是在与助燃空气或高温燃烧废气进行直接接触的过程中作为热交換器而发挥作用，在系统中承担着吸烟气余热、预热煤气和空气的重任。蜂窝状陶瓷蓄热体的材质主要包括刚玉-莫来石质、莫来石质、堇青石-莫来石质、堇青石质等，使用的主要原材料有エ业氧化铝、烧结莫来石、铝矾土等，但价格较高。与此同时，エ业陶瓷生产企业在生产过程中经常产生大量陶瓷废料，使用エ业陶瓷的企业也在陶瓷报废后产生大量エ业陶瓷废料。エ业陶瓷废料已经经过1700°C以上的高温处理，其主要成分为α型高温氧化铝，高温稳定性优于一般的低碱エ业氧化铝，因此用氧化铝エ业陶瓷废料来代替エ业氧化铝和铝矾土在技术上是合理的。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供ー种利用エ业陶瓷生产过程中产生的废料和エ业陶瓷使用报废后产生的废料制备蜂窝状陶瓷蓄热体的方法。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是包括以下步骤，(I)称料，称取エ业陶瓷废料、烧结莫来石粉和朔州土粉，三者的重量配比关系为エ业陶瓷废料45%-50%，烧结莫来石粉30%-32%，朔州土粉20%_23% ；(2)粉料，将上述エ业陶瓷废料进行粉磨加工和均化，至细度小于300目；(3)混料，将所得エ业陶瓷废料粉、烧结莫来石粉和朔州土粉进行充分混合；(4)泥料制备，向上述混合粉料中加入重量为混合粉料总重量3%_4%的成型助剂、3%-4%的润滑剂和25%-30%的水，后经混合、捏合、练泥和陈腐エ序得到泥料；(5)挤压成型，将泥料挤出成型并切割形成素坯；(6)干燥，将切割得到的素坯进行干燥；( 7)烧成，将干燥后的素坯进行烧成得到成品陶瓷蓄热体。本发明还可以采用如下技术方案所述エ业陶瓷废料取自工业陶瓷生产过程中产生的废料或エ业陶瓷使用报废后产生的废料，其中Al2O3含量大于88%。所述烧结莫来石粉和朔州土粉的细度均小于300目。所述成型助剂为羟甲基纤维素，粘度为8000-12000。所述润滑剂为豆油，粘度为8000-12000。所述步骤(5)的具体エ艺为，采用120吨倾角真空挤出机进行挤压成型，采用外形尺寸为150mmX 100mm、带有3mmX 3mm四方孔、放尺率为1%的模具，挤出压カ为20Mpa，切割长度为100mm。所述步骤(6)的具体エ艺为，采用微波干燥和热风干燥的两步干燥方式，首先将素坯放入微波炉中进行干燥定型，时间为20min ;再将素坯放入热风干燥炉中，在 1500C _180°C的条件下烘干4h-8h排除素坯中剩余水分。所述步骤(7)的具体エ艺为，采用梭式窑进行烧成处理，烧成温度条件控制为窑温至450°C升温时间为lh，此后以100°C /h的升温速率升温3h，再以70°C /h的升温速率升温5h，再以50°C /h的升温速率升温5h，再以40°C /h的升温速率升温4h，最终达到1510°C的窑温并保温5h。本发明具有的优点和积极效果是本发明的制备蜂窝状陶瓷蓄热体的方法中，从エ业陶瓷生产过程中产生的废料或エ业陶瓷使用报废后产生的废料中取得原料，減少了资源的浪费和上述废料对环境造成的污染。最終得到的蓄热体产品在产品容重、A轴抗压强度、线膨胀系数、耐火度和荷重软化指标上均表现优异，满足冶金行业中加热炉对陶瓷蓄热体的苛刻要求。
具体实施例方式为能进一歩了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例详细说明如下本方法包括以下步骤，(I)称料。称取エ业陶瓷废料、烧结莫来石粉和朔州土粉，三者的重量配比关系为エ业陶瓷废料45%-50%，烧结莫来石粉30%-32%，朔州土粉20%_23% ;其中，エ业陶瓷废料取自工业陶瓷生产过程中产生的废料或エ业陶瓷使用报废后产生的废料，其中Al2O3含量大于 88%ο(2)粉料。将上述エ业陶瓷废料进行粉磨加工和均化，至细度小于300目；烧结莫来石粉和朔州土粉的细度均小于300目。(3)混料。将所得エ业陶瓷废料粉、烧结莫来石粉和朔州土粉进行充分混合；(4)泥料制备。向上述混合粉料中加入重量为混合粉料总重量3%_4%的成型助剂、3%-4%的润滑剂和25%-30%的水，后经混合、捏合、练泥和陈腐エ序得到泥料；其中，成型助剂选取为羟甲基纤维素，粘度为8000-12000 ;润滑剂选取为豆油，粘度为8000-12000。(5)挤压成型，将泥料挤出成型并切割形成素坯。具体エ艺为采用120吨倾角真空挤出机进行挤压成型，采用外形尺寸为150mmX 100mm、带有3mmX3mm四方孔、放尺率为1%的模具，挤出压カ为20Mpa，切割长度为100mm。(6)干燥，将切割得到的素坯进行干燥。具体エ艺为采用微波干燥和热风干燥的两步干燥方式，首先将素坯放入微波炉中进行干燥定型，时间为20min ;再将素坯放入热风干燥炉中，在150°C _180°C的条件下烘干4h-8h排除素坯中剩余水分。(7)烧成，将干燥后的素坯进行烧成得到成品陶瓷蓄热体。具体エ艺为采用梭式窑进行烧成处理，烧成温度条件控制为窑温至450°C升温时间为lh，此后以100°C /h的升温速率升温3h，再以70°C /h的升温速率升温5h，再以50°C /h的升温速率升温5h，再以400C /h的升温速率升温4h，最终达到1510°C的窑温并保温5h。在本发明的选料阶段，考虑到由于氧化铝エ业陶瓷废料已经经过1700°C以上的高温处理，其主要成分为α型高温氧化铝，高温稳定性优于一般的低碱エ业氧化铝，因此用氧化铝エ业陶瓷废料来代替现存技术所用的エ业氧化铝和铝矾土技术效果明显，尤其产品在高温下的尺寸稳定性优于现存技术。这些エ业陶瓷废料包括エ业陶瓷生产过程中产生的废料和エ业陶瓷使用报废后产生的废料，如氧化铝棍棒、各种氧化铝窑具等的生产废料和使用报废废料。现有情况下作为垃圾进行处理的废料在这里成了很好的原材料。用氧化铝エ业陶瓷废料制备蜂窝状陶瓷蓄热体的配方原则是 首先化验ー批事先经过粉磨加工和均化的氧化铝エ业陶瓷废料的化学组成，然后根据最终成品的组分为Al2O3含量70%-72%、SiO2含量26%-28%来计算エ业陶瓷废料、烧结莫来石和朔州土的加入量。本发明中选用的烧结莫来石的典型化学组成为=Al2O3 59. 52%、SiO2 38. 39%、Fe2O3O. 49%、TiO2 O. 36%，体积密度彡3. 2g/cm3,细度小于300目。选用的朔州土的典型化学组成为A1203 42. 9%, SiO2 55. 23%、Fe2O3 O. 36%、TiO2 O. 57%，体积密度彡 2. 7g/cm3，细度小于300 目。经过本方法制备得到的蜂窝状陶瓷蓄热体，经过试验测定，其产品容重为O. 9-1. 2g/cm3、A 轴抗压强度 30_48MPa、线膨胀系数(22°C -800°C)5. 0_5· 8 X 1(T61/°C、耐火度> ^^^、荷重软化点け。』)^ 1550°C，各项性能优异，能够满足冶金行业加热炉的使用要求。获得的表面和断ロ形貌特征显示产品基本上由α型高温氧化铝相和莫来石相组成，其中α型高温氧化铝相占70% (体积)左右，莫来石相占25% (体积)左右，这决定了其高温性能优异。实施例I选用使用报废的氧化铝棍棒为原料，经过粉磨加工和均化至细度小于300目，其化学组成为=Al2O3含量92. 35%,SiO2含量6. 39%,Fe2O3含量O. 49%,TiO2含量I. 36%,经核算原料各组分重量百分含量为氧化铝棍棒废料45%、烧结莫来石32%、朔州土 23%。(I)按上述重量配比关系称取各组分；(2)将上述氧化铝棍棒废料进行粉磨加工和均化，至细度小于300目；(3)将所得氧化铝棍棒废料粉、烧结莫来石粉和朔州土粉进行充分混合；(4)向上述混合粉料中加入重量为混合粉料总重量3%的羟甲基纤维素作为成型助剂、3%的豆油作为润滑剂和25%的水，后经混合、捏合、练泥和陈腐エ序得到泥料；(5)采用120吨倾角真空挤出机进行挤压成型，采用外形尺寸为150mmX100mm、带有3mmX3mm四方孔、放尺率为1%的模具，挤出压カ为20Mpa，切割长度为IOOmm ；(6)采用微波干燥和热风干燥的两步干燥方式，首先将素坯放入微波炉中进行干燥定型，时间为20min ;再将素坯放入热风干燥炉中，在150°C _180°C的条件下烘干4h_8h排除素还中剩余水分；(7)采用梭式窑进行烧成处理，烧成温度条件控制为窑温至450°C升温时间为lh，此后以100°C /h的升温速率升温3h，再以70°C /h的升温速率升温5h，再以50°C /h的升温速率升温5h，再以40°C /h的升温速率升温4h，最终达到1510°C的窑温并保温5h。得到成品。经过实验测定，其产品容重I. lg/cm3、A轴抗压強度27. 7MPa、线膨胀系数(22°C-800で)5.0父10-67で、耐火度> 1790°C、荷重软化点(T0. 6)> 15500C0各项性能优异，能够满足冶金行业加热炉的使用要求。实施例2选用使用报废的氧化铝窑具为原料，经过粉磨加工和均化至细度小于300目，其·化学组成为=Al2O3含量90. 01%,SiO2含量8. 25%,Fe2O3含量O. 65%,TiO2含量I. 52%,经核算
原料各组分重量百分含量为氧化铝窑具废料48%、烧结莫来石30%、朔州土 22%。(I)按上述重量配比关系称取各组分；(2)将上述氧化铝窑具废料进行粉磨加工和均化，至细度小于300目；(3)将所得氧化铝窑具废料粉、烧结莫来石粉和朔州土粉进行充分混合；(4)向上述混合粉料中加入重量为混合粉料总重量3%的羟甲基纤维素作为成型助剂、3%的豆油作为润滑剂和25%的水，后经混合、捏合、练泥和陈腐エ序得到泥料；(5)采用120吨倾角真空挤出机进行挤压成型，采用外形尺寸为150mmX100mm、带有3mmX3mm四方孔、放尺率为1%的模具，挤出压カ为20Mpa，切割长度为IOOmm ；(6)采用微波干燥和热风干燥的两步干燥方式，首先将素坯放入微波炉中进行干燥定型，时间为20min ;再将素坯放入热风干燥炉中，在150°C _180°C的条件下烘干4h_8h排除素还中剩余水分；(7)采用梭式窑进行烧成处理，烧成温度条件控制为窑温至450°C升温时间为lh，此后以100°C /h的升温速率升温3h，再以70°C /h的升温速率升温5h，再以50°C /h的升温速率升温5h，再以40°C /h的升温速率升温4h，最终达到1510°C的窑温并保温5h。得到成品。经过实验测定，其产品容重O. 9g/cm3、A轴抗压強度32. 5MPa、线膨胀系数(22°C-800°C)5. 2X1(T67°C、耐火度彡1790°C、荷重软化点(TO. 6)彡15500C0各项性能优异，能够满足冶金行业加热炉的使用要求。实施例3选用回收的各种氧化铝エ业陶瓷废料的混杂物为原料，经过粉磨加工和均化至细度小于300目，其化学组成为=Al2O3含量88. 01%、SiO2含量10. 23%、Fe2O3含量O. 92%、TiO2含量2. 47%，经核算原料各组分重量百分含量为氧化铝瓷混杂废料50%、烧结莫来石30%、朔州土 20%。(I)按上述重量配比关系称取各组分；(2)将上述氧化铝瓷混杂废料进行粉磨加工和均化，至细度小于300目；(3)将所得氧化铝瓷混杂废料粉、烧结莫来石粉和朔州土粉进行充分混合；(4)向上述混合粉料中加入重量为混合粉料总重量3%的羟甲基纤维素作为成型助剂、3%的豆油作为润滑剂和25%的水，后经混合、捏合、练泥和陈腐エ序得到泥料；(5)采用120吨倾角真空挤出机进行挤压成型，采用外形尺寸为150mmX100mm、带有3mmX3mm四方孔、放尺率为1%的模具，挤出压カ为20Mpa，切割长度为IOOmm ；(6)采用微波干燥和热风干燥的两步干燥方式，首先将素坯放入微波炉中进行干燥定型，时间为20min ;再将素坯放入热风干燥炉中，在150°C _180°C的条件下烘干4h_8h排除素还中剩余水分；(7)采用梭式窑进行烧成处理，烧成温度条件控制为窑温至450°C升温时间为lh，此后以100°C /h的升温速率升温3h，再以70°C /h的升温速率升温5h，再以50°C /h的升温速率升温5h，再以40°C /h的升温速率升温4h，最终达到1510°C的窑温并保温5h。得 到成品。经过实验测定，其产品容重I. lg/cm3、A轴抗压強度47. 2MPa、线膨胀系数(22°C-800°C)5. 7X1(T67°C、耐火度彡1790°C、荷重软化点(TO. 6)彡15500C0各项性能优异，能够满足冶金行业加热炉的使用要求。
权利要求
1.一种用工业陶瓷废料制备蜂窝状陶瓷蓄热体的方法，其特征在于包括以下步骤， (1)称料，称取工业陶瓷废料、烧结莫来石粉和朔州土粉，三者的重量配比关系为工业陶瓷废料45%-50%，烧结莫来石粉30%-32%，朔州土粉20%_23% ； (2)粉料，将上述工业陶瓷废料进行粉磨加工和均化，至细度小于300目； (3)混料，将所得工业陶瓷废料粉、烧结莫来石粉和朔州土粉进行充分混合； (4)泥料制备，向上述混合粉料中加入重量为混合粉料总重量3%-4%的成型助剂、3%-4%的润滑剂和25%-30%的水，后经混合、捏合、练泥和陈腐工序得到泥料； (5)挤压成型，将泥料挤出成型并切割形成素坯； (6)干燥，将切割得到的素坯进行干燥； (7 )烧成，将干燥后的素坯进行烧成得到成品陶瓷蓄热体。
2.按照权利要求I所述的方法，其特征在于所述工业陶瓷废料取自工业陶瓷生产过程中产生的废料或工业陶瓷使用报废后产生的废料，其中Al2O3含量大于88%。
3.按照权利要求I所述的方法，其特征在于所述烧结莫来石粉和朔州土粉的细度均小于300目。
4.按照权利要求I所述的方法，其特征在于所述成型助剂为羟甲基纤维素，粘度为8000-12000。
5.按照权利要求I所述的方法，其特征在于所述润滑剂为豆油，粘度为8000-12000。
6.按照权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤(5)的具体工艺为，采用120吨倾角真空挤出机进行挤压成型，采用外形尺寸为150mmX 100mm、带有3mmX3mm四方孔、放尺率为1%的模具，挤出压力为20Mpa，切割长度为100mm。
7.按照权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤(6)的具体工艺为，采用微波干燥和热风干燥的两步干燥方式，首先将素坯放入微波炉中进行干燥定型，时间为20min ;再将素坯放入热风干燥炉中，在150°C _180°C的条件下烘干4h-8h排除素坯中剩余水分。
8.按照权利要求I所述的方法，其特征在于所述步骤(7)的具体工艺为，采用梭式窑进行烧成处理，烧成温度条件控制为窑温至450°C升温时间为lh，此后以100°C /h的升温速率升温3h，再以70°C /h的升温速率升温5h，再以50°C /h的升温速率升温5h，再以40°C /h的升温速率升温4h，最终达到1510°C的窑温并保温5h。
9.按照权利要求I至8任一项所述的方法制备的陶瓷蓄热体。
全文摘要
本发明属于陶瓷蓄热体制备技术领域，尤其涉及一种用工业陶瓷废料制备蜂窝状陶瓷蓄热体的方法。按重量配比称取工业陶瓷废料45%-50%，烧结莫来石粉30%-32%，朔州土粉20%-23%，将工业陶瓷废料进行粉磨加工和均化至300目细度以下，再将三者进行充分混合，然后外加成型助剂、润滑剂和水，经混合、捏合、练泥和陈腐工序制得泥料，再将泥料挤压成型并切割成素坯，最后将素坯进行干燥和烧结得到陶瓷蓄热体的成品。依据本发明的方法制得的陶瓷蓄热体各项性能优异，不仅能够满足冶金行业加热炉的使用要求，而且降低了制备成本，可以消耗工业陶瓷生产过程中和工业陶瓷使用过程产生的废料，减少了资源浪费和对环境造成的污染。
文档编号F28D20/00GK102674811SQ20121016385
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者于永启, 李瑞雪 申请人:天津天立源节能环保科技有限公司