專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種高溫蓄熱體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及蓄熱燃燒技術(shù)，具體的講涉及一種高溫蓄熱體。
背景技術(shù)：
：蓄熱燃燒作為新型的節(jié)能、環(huán)保技術(shù)，可大幅度提高工業(yè)爐窯的熱效率，降低煙氣的排放溫度，因而受到廣泛關(guān)注。隨著蓄熱燃燒技術(shù)的不斷完善，如低NOx排放、長(zhǎng)壽命換向閥等技術(shù)難題的逐漸解決，對(duì)蓄熱體的研究也越來(lái)越受到重視。蓄熱體對(duì)提高蓄熱燃燒的熱效率起著決定性的作用，現(xiàn)有的蓄熱體材料主要有堇青石質(zhì)、鈦酸鋁質(zhì)、鋯英石質(zhì)、高鋁質(zhì)、剛玉質(zhì)、碳化硅質(zhì)及耐熱鑄鐵或耐熱鋼等，其中堇青石材料的使用溫度一般低于1300°C;鈦酸鋁材料也不適宜用在超過(guò)130(TC的條件下，且鈦酸鋁晶體在其三軸方向的熱膨脹系數(shù)差別大，易使材料在冷卻過(guò)程中出現(xiàn)裂紋；鋯英石質(zhì)材料成本較高；剛玉質(zhì)材料的熱膨脹系數(shù)較大，熱震穩(wěn)定性差；碳化硅質(zhì)材料不宜用在氧化氣氛下。所以比較適宜的蓄熱體材料應(yīng)為高鋁質(zhì)，不僅能夠在高達(dá)160(TC的高溫下使用，而且耐酸、耐堿、耐氧化，所以高鋁質(zhì)蓄熱體材料逐漸被廣泛應(yīng)用。中國(guó)專(zhuān)利號(hào)02147767.1就披露了一種高溫型蜂窩陶瓷蓄熱體及其制備技術(shù)，其配料組成為100份Al203，1-10份MgO，l-5份塑化劑粘土，3-9份羧甲基纖維素，2-4份聚乙烯醇，5.4-15份賦形劑甘油(桐油)，0.5-1份強(qiáng)化相Zr02，加入總固含量10-16wty。的水，擠塑成型，經(jīng)干燥、燒結(jié)后制得蜂窩陶瓷蓄熱體。該蓄熱體材料中使用的主原料氧化鋁及強(qiáng)化相Zr02成本高，而使用的塑化劑粘土含有較多的雜質(zhì)，降低材料的高溫性能，影響了高成本的氧化鋁及Zr02原料發(fā)揮出其應(yīng)有的優(yōu)異性能。材料中還使用了MgO，在燒結(jié)過(guò)程中，MgO將與Ah03反應(yīng)形成尖晶石，產(chǎn)生一定程度的體積膨脹，降低材料的體密，所以該材料的體密僅2.65g/cm3，密度低將降低材料的導(dǎo)熱性能及蓄熱能力。文獻(xiàn)"氧化鋁陶瓷蓄熱體的燒結(jié)性及抗熱震性能研究"(武漢工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，Vol.26(2004),No.5，P.25-28)介紹了一種與專(zhuān)利02147767.1類(lèi)似的蓄熱體材料取100份平均粒徑為8txm的氧化鋁微粉為主原料，以占氧化鋁微粉l-18wt。/。的蘇州土微粉和MgO作為燒結(jié)助劑，再加入4份高粘度羧甲基纖維素作為粘結(jié)劑。這種蓄熱體材料存在與專(zhuān)利02147767.1類(lèi)似的缺點(diǎn)。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?3102449.1公開(kāi)了一種用煉鐵熱風(fēng)爐的高蓄熱耐火球，以58-62wt。/。的高鋁砜土顆粒(2-4mm)為骨料，29-31wt。/。的精選礬土細(xì)粉為填充料，9-llwt。/。的白毛土及3wtM的紙漿為粘結(jié)劑，制得的蓄熱球的體積密度為2.6g/cm3。該蓄熱球以低檔原料礬土作為主原料，且加入了含有較多雜質(zhì)的白毛土及紙漿，影響了材料的高溫性能，且大部分的礬土以顆粒形式加入，材料難以燒結(jié)，所以材料的體密僅達(dá)到2.6g/cm3，其導(dǎo)熱、蓄熱能力都將很低，不適宜用作蓄熱燃燒技術(shù)中的蓄熱體材料。以上文獻(xiàn)中介紹的高鋁質(zhì)蓄熱材料都使用了能降低材料高溫性能的粘土、蘇州土或白毛土作為粘結(jié)劑，主要是因?yàn)檎惩粱蛱K州土既可以調(diào)節(jié)坯料的塑性及成型性能，又可以降低高鋁材料的燒結(jié)溫度，但粘土類(lèi)原料中含有較多的Si02、CaO、Fe203、丁102及1^20、Na20等雜質(zhì)，在高溫下產(chǎn)生較多的液相，降低蓄熱體材料在高溫下的使用性能，如降低材料的抗腐蝕性能、熱震穩(wěn)定性能及強(qiáng)度，也使煙氣中的灰份易與材料發(fā)生反應(yīng)或粘連，堵塞煙氣或空氣的通道，降低蓄熱體材料的導(dǎo)熱性能及蓄熱能力；主原料則采用了兩種不同檔次的原料，按兩種不同的技術(shù)路線(xiàn)來(lái)制作蓄熱材料一、主原料采用優(yōu)質(zhì)原料--氧化鋁，以少量的粘土作為粘結(jié)劑，通過(guò)提高主原料的檔次來(lái)提高蓄熱體材料的性能，以高成本來(lái)獲得較好的蓄熱體材料；二、主原料采用低檔次的原料--礬土，再以粘土類(lèi)原料作結(jié)合劑，生產(chǎn)出低檔次的蓄熱體材料，成本低，但不適用于蓄熱燃燒系統(tǒng)。本發(fā)明將采用中檔的主原料及少量的高檔原料，以較低的成本生產(chǎn)出優(yōu)良性能的高溫蓄熱體材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種高溫蓄熱體，以中檔原料為主原料，大大降低材料的成本，同時(shí)保證材料獲得優(yōu)良的高溫性能，可用于高達(dá)160(TC高溫條件。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供一種高溫蓄熱體，組份及其重量百分比為高鋁陶瓷微粉67-87wt%;亞白剛玉微粉或棕剛玉微粉10-30wt%;水硬性氧化鋁2-4wt%;減水劑0.1-0.2wt。/。(外加)。優(yōu)選的，上述水硬性氧化鋁的重量百分比為3wt%。較佳的，上述亞白剛玉微粉或棕剛玉微粉的重量百分比為20wt%。以下是本發(fā)明主要元素的作用及其限定說(shuō)明水硬性氧化鋁2-4wt%使用水硬性氧化鋁(亦稱(chēng)P-AU03)作為材料的結(jié)合劑，并采用澆注法成型蓄熱體。水硬性氧化鋁的雜質(zhì)含量低，不僅不會(huì)因引入雜質(zhì)而降低蓄熱體材料的性能，而且還能經(jīng)高溫?zé)珊筠D(zhuǎn)變?yōu)樾顭狍w材料的主要礦物相a-Al203相，提高蓄熱體材料的高溫性能。水硬性氧化鋁及現(xiàn)有技術(shù)所使用的粘土的典型化學(xué)成份指標(biāo)如表1所示。表1wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>作為常溫的結(jié)合劑，水硬性氧化鋁的加入量只要能使?jié)沧⒊尚秃蟮男顭狍w材料具有足夠的脫模強(qiáng)度及燒成前的搬運(yùn)強(qiáng)度即可。水硬性氧化鋁的適宜加入量為2-4wt%，以3wt。/。為佳。加入量少于2wty。時(shí)，材料在模內(nèi)養(yǎng)護(hù)后的強(qiáng)度偏低，脫模時(shí)可能開(kāi)裂。加入量大于4wty。時(shí)，存在兩方面的不利影響l)水硬性氧化鋁具有很強(qiáng)的吸水性，過(guò)量的水硬性氧化鋁將導(dǎo)致材料的加水量升高，其與水反應(yīng)后將在材料中形成過(guò)多的氧化鋁溶膠，水份排出后將在材料中留下氣孔，使材料的燒結(jié)致密化產(chǎn)生了困難，降低材料的密度；2)水硬性氧化鋁的價(jià)格接近高純氧化鋁微粉的價(jià)格，其用量的增加將提高蓄熱體材料的成本。高鋁陶瓷微粉67-87wt%為了降低蓄熱體材料的成本，主原料不選擇高純的氧化鋁微粉，而選用Al203含量略低且成本也低的原料一高鋁陶瓷微粉。高鋁陶瓷微粉的燒結(jié)活性高，在1400-1500。C即可燒結(jié)致密，能有效提高蓄熱體材料的體積密度，有利于提高蓄熱體材料的導(dǎo)熱率和蓄熱能力。高鋁陶瓷微粉及現(xiàn)有的氧化鋁微粉的典型理化指標(biāo)如表2所示。表2wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>因?yàn)楦咪X陶瓷微粉易燒結(jié)，所以其加入量直接影響材料的體積密度和熱震穩(wěn)定性能。為了提高材料的體積密度來(lái)達(dá)到提高材料蓄熱、傳熱能力的目的，陶瓷微粉的加入量應(yīng)高于67wtM，否則材料難燒結(jié)，體積密度偏低。同時(shí)高鋁陶瓷微粉的量過(guò)高，又會(huì)促使材料過(guò)快燒結(jié)，使材料中的氣孔來(lái)不及排出就被燒結(jié)過(guò)程中的液相封堵在了燒結(jié)體中，這不僅降低材料的熱震穩(wěn)定性能，而且也降低材料的體積密度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，高鋁陶瓷微粉的加入量以不超過(guò)87wty。為宜。亞白剛玉微粉或棕剛玉微粉10-30wt%因高鋁陶瓷微粉的燒結(jié)活性高，使得以高鋁陶瓷微粉為主原料制得的蓄熱體材料雖然密度高，但同時(shí)熱震穩(wěn)定性也差。對(duì)于現(xiàn)有的蓄熱體材料，提高其熱震穩(wěn)定性的方法主要是向材料中引入氧化鋯或鋯英石微粉，但是這兩種原料的成本均較高。為了降低材料的成本，且同時(shí)提高材料的熱震穩(wěn)定性能，本發(fā)明向材料中引入一定量的亞白剛玉微或棕剛玉微粉。亞白剛玉微或棕剛玉微粉均經(jīng)過(guò)電熔高溫冶煉而成，晶體發(fā)育完善，致密度高。亞白剛玉或棕剛玉微粉在蓄熱體材料的燒結(jié)過(guò)程中，其發(fā)育完善的晶粒彌散分布在高鋁陶瓷微粉中且不隨高鋁陶瓷微粉同步快速燒結(jié)，不與高鋁陶瓷微粉的燒結(jié)體熔融彌合，使得在蓄熱體材料中形成很多彌散分布的微裂紋，可有效改善材料的熱震穩(wěn)定性能。但上述微裂紋的出現(xiàn)在改善蓄熱體材料熱震穩(wěn)定性能的同時(shí)，也將影響材料的導(dǎo)熱性能和蓄熱能力，所以亞白剛玉或棕剛玉微粉的加入量有一個(gè)合理的范圍，在10-30wt。/。范圍內(nèi)，可使蓄熱體材料在導(dǎo)熱、蓄熱能力和熱震穩(wěn)定性能之間達(dá)到均衡優(yōu)化。亞白剛玉和棕剛玉微分的典型理化指標(biāo)如表3所示。表3wt%<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>亞白剛玉或棕剛玉微粉的加入量控制在10-30wt。/。之間，以加入20wty。為優(yōu)。當(dāng)加入量少于10wt。/。時(shí)，蓄熱體材料的熱震穩(wěn)定性能差，當(dāng)加入量大于30wt。/。時(shí)，蓄熱體材料的體密降低，難以燒結(jié)致密，降低材料的導(dǎo)熱率和蓄熱能力。減水劑0.1-0.2wt。/。(外加)為了降低蓄熱體材料的成型加水量，進(jìn)一步促進(jìn)材料燒結(jié)致密，材料中還引入了減水劑，如萘磺酸鹽甲醛縮合物FDN，磺化三聚氰胺甲醛SM，六偏磷酸鈉，三聚磷酸鈉等。減水劑的加入量應(yīng)控制在0.1-0.2wt。/。(外加)，若加入量低于0.1wt%，則減水效果不明顯，不能明顯降低材料的加水量；但加入量高于0.2wt%后，其減水效果不再繼續(xù)增加，甚至有可能降低材料的流動(dòng)性，而且減水劑中多含有可溶性鈉鹽，降低材料的高溫性能，其次，減水劑價(jià)格高，增加其加入量，將顯著增加材料的成本。綜上所述，蓄熱體材料的配料組成為高鋁陶瓷微粉67-87wt%，亞白剛玉微粉或棕剛玉微粉10-30wt%，水硬性氧化鋁2-4wt%，減水劑0.1畫(huà)0.2wto/o(外加)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益的效果當(dāng)采用高鋁陶瓷微粉及亞白剛玉微粉或棕剛玉微粉為蓄熱體材料的主原料后，相對(duì)于以高純氧化鋁微粉為主原料、以氧化鋯為熱震穩(wěn)定劑的蓄熱體材料，成本大幅度下降。而且新設(shè)計(jì)的材料中使用水硬性氧化鋁作為結(jié)合劑，替代了現(xiàn)有材料中的粘土類(lèi)結(jié)合劑，減少了材料中有害雜質(zhì)的含量，避免因結(jié)合劑降低材料的高溫性能。所以本發(fā)明能夠在比現(xiàn)有蓄熱體材料大幅度降低成本的前提下，獲得比現(xiàn)有蓄熱體材料更優(yōu)的性能，可用于高達(dá)160(TC高溫條件。具體實(shí)施例方式以下是本發(fā)明實(shí)施例l一5的具體說(shuō)明。按比例稱(chēng)量好高鋁陶瓷微粉、水硬性氧化鋁微粉、亞白剛玉微粉(或棕剛玉微粉)及減水劑，混和均勻，加水10-16wtn/。將混和料拌為漿體，然后將料漿放入澆注模具中自流或振動(dòng)澆注成型為蓄熱體，經(jīng)養(yǎng)護(hù)、烘干后于160(TC保溫3h，然后測(cè)定蓄熱體材料的性能。實(shí)施例1-5的蓄熱體的組份和性能如表4所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從上表可以看出，實(shí)施例1-5材料的體積密度較對(duì)比例l-2材料的體積密度均有大幅度提升，有利于提高材料的導(dǎo)熱率，且可顯著提高單位體積蓄熱體材料的蓄熱能力，進(jìn)而也有利于降低蓄熱體的堆積高度和減小煙氣或空氣的壓力損失。權(quán)利要求1.一種高溫蓄熱體，其配料重量百分比為高鋁陶瓷微粉67-87wt％；亞白剛玉微粉或棕剛玉微粉10-30wt％；水硬性氧化鋁2-4wt％；減水劑0.1-0.2wt％(外加)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫蓄熱體，其特征在于，所述水硬性氧化鋁的重量百分比為3wt%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫蓄熱體，其特征在于，所述亞白剛玉微粉或棕剛玉微粉的重量百分比為20wt%。全文摘要本發(fā)明的目的是提供一種高溫蓄熱體，以中檔原料為主原料，大大降低材料的成本，同時(shí)保證材料獲得優(yōu)良的高溫性能，可用于高達(dá)1600℃高溫條件。根據(jù)本發(fā)明的高溫蓄熱體的組份及其重量百分比為高鋁陶瓷微粉67-87wt％；亞白剛玉微粉或棕剛玉微粉10-30wt％；水硬性氧化鋁2-4wt％；減水劑0.1-0.2wt％(外加)。本發(fā)明成本大幅度下降，蓄熱體材料性能更優(yōu)，可用于高達(dá)1600℃高溫條件。文檔編號(hào)C04B35/66GK101096307SQ20061002847公開(kāi)日2008年1月2日申請(qǐng)日期2006年6月30日優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日發(fā)明者何平顯,陳榮榮申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司