一種堇青石莫來石質(zhì)蜂窩陶瓷蓄熱體及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蜂窩陶瓷蓄熱體，特別是含有堇青石、莫來石作為陶瓷組份的一種堇青石莫來石質(zhì)蜂窩陶瓷蓄熱體，用于鋼鐵、機械、建材、石化、有色金屬冶練等行業(yè)的各種加熱爐、熱風(fēng)爐、熱處理爐、裂解爐、烘烤器、熔化爐、均熱爐、油氣鍋爐等窯爐回收煙氣余熱的蓄熱材料，屬窯爐蓄熱材料領(lǐng)域。
[0002]本發(fā)明還涉及該蜂窩陶瓷蓄熱體的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]從19世紀(jì)中期開始，規(guī)模大且溫度高的爐子如高爐、熱風(fēng)爐、焦?fàn)t等就開始采用蓄熱燃燒技術(shù)回收高溫?zé)煔庥酂帷Ｊ褂眯顭崾一厥諢煔庥酂岷鬆t子的熱效率明顯提高。但剛開始的蓄熱室內(nèi)采用格子磚為蓄熱體，但傳熱效率低，蓄熱室體積龐大，換向時間長，使用很不靈活，限制了蓄熱燃燒技術(shù)在其它工業(yè)爐上的推廣與普及。
[0004]90年代以來，隨著能源的緊張，環(huán)境污染的嚴(yán)重，節(jié)能與環(huán)保越來越引起人們的重視?？刂葡到y(tǒng)與蓄熱材料的更新使蓄熱式燃燒技術(shù)得到了重大發(fā)展。英國HotWorkDevelopment公司與British Gas研宄院于1982年合作開發(fā)了一座使用陶瓷小球作為蓄熱體的新型蓄熱式加熱爐，其節(jié)能效果顯著。它可以將助燃空氣加熱到燃氣的燃點以上，使平均燃燒溫度和熱利用效率提高，但由于溫度高導(dǎo)致氮氧化物排放濃度增加。采用陶瓷小球或蜂窩陶瓷體代替格子磚用于工業(yè)爐的余熱回收是蓄熱方式的一個飛躍，不僅提高了蓄熱效率，也使高溫空氣燃燒技術(shù)的推廣成為可能。
[0005]蓄熱燃燒技術(shù)是高溫燃燒領(lǐng)域一種古老而年輕的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，蓄熱燃燒系統(tǒng)溫度效益及熱效益的高低，直接取決于蓄熱體的性能。20世紀(jì)80年代，蓄熱體開發(fā)取得突破，出現(xiàn)了小直徑球狀及點焊狀(卵石狀)陶瓷體，使蓄熱結(jié)構(gòu)緊湊，與燒咀成一體，但使用中產(chǎn)生的壓降大，熱面積也有限。本發(fā)明制備的蓄熱體，在國內(nèi)解決了比表面積比球體陶瓷蓄熱體大，抗壓強度大于40MPa，最高使用溫度> 1600°C，比熱1100?1400等方面的突破。
[0006]上世紀(jì)90年代初，日本科學(xué)家首先發(fā)明了高溫空氣燃燒技術(shù)，簡稱H T A C，該技術(shù)通過換向裝置使兩個蓄熱室交替吸熱放熱，最大限度地回收煙氣的熱量，再把爐內(nèi)的助燃空氣和煤氣加熱到1000°c以上，即使低熱值的劣質(zhì)燃料也能實現(xiàn)穩(wěn)定著火和高效燃燒。而應(yīng)用實踐表明，HT A C技術(shù)的關(guān)鍵是能否研制出高性能的蜂窩陶瓷蓄熱體。高性能的蜂窩陶瓷蓄熱體必須具有耐高溫、抗腐蝕、熱震穩(wěn)定性好、強度高、蓄熱量大、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點。
[0007]H T A C技術(shù)被廣泛用于鋼鐵、機械、建材、石化、有色金屬冶練等行業(yè)的各種加熱爐、熱風(fēng)爐、熱處理爐、裂解爐、烘烤器、熔化爐、均熱爐、油氣鍋爐等窯爐中。如果全國大多數(shù)工業(yè)窯爐都采用H T A C技術(shù)，其經(jīng)濟效益和社會效益不可估量，將極大在緩解能源緊缺的狀況，并改善人類的生存環(huán)境。目前在國內(nèi)蜂窩陶瓷蓄熱體在大型鋼鐵廠、金屬鎂廠中使用較多，但兩者使用條件不盡相同，金屬鎂廠使用溫度偏高，對蜂窩陶瓷蓄熱體的性能要求更高。
[0008]蜂窩陶瓷蓄熱體采用嚴(yán)格的配料配方，對粉體進行球磨，添加粘結(jié)劑，助燒結(jié)劑等進行攪拌捏合，經(jīng)過時效處理、練泥處理、擠壓成型、定型、切坯高溫焙燒而成。
[0009]目前，國內(nèi)現(xiàn)有的蜂窩陶瓷蓄熱體主要存在以下問題:耐火度偏低，在一些金屬鎂廠達不到使用要求；抗熱震性差，有的在短期內(nèi)會開裂、破損，導(dǎo)致蓄熱體更換頻率高，使用周期短，既浪費嚴(yán)重，又制約著生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的正是為了克服現(xiàn)有蜂窩陶瓷蓄熱體所存在的問題，而提供一種具有良好的燒結(jié)和綜合物理性能，使其蓄熱能力高，換熱速度快，高溫強度高，抗熱震性好，使用溫度可超過1400°C的蜂窩陶瓷蓄熱體，從而緩解能源緊缺，并改善人類的生存環(huán)境。
[0011]本發(fā)明還提供該蜂窩陶瓷蓄熱體的制備方法。
本發(fā)明的目的是通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種堇青石莫來石質(zhì)蜂窩陶瓷蓄熱體，它由陶瓷粉料和粘結(jié)劑組成，陶瓷粉料與粘結(jié)劑重量配比為70?75:25?30 ；
所述陶瓷粉料是由下述重量配比的原料組成:
莫來石40?50份
蘇州土15?20份
擬薄水鋁石3?6份
滑石15?20份
氧化鋁7?15份
鈦白粉I?3份，
所述粘結(jié)劑是由下述重量配比的原料組成:
膠水5?10份
甘油3?7份
無離子水5?10份
纖維素3?5份。
[0012]所述陶瓷粉料各原料粒度為:莫來石200?400目、蘇州土 600?1250目、擬薄水鋁石1250目、滑石600?1250目、氧化鋁2?6ym、鈦白粉<2μπι，所述蜂窩陶瓷蓄熱體端面有均布的中通直孔的長方體、正方體的塊狀。
[0013]所述堇青石莫來石質(zhì)蜂窩陶瓷蓄熱體的制備方法，包括以下步驟:
a)將粒度為200?400目的40?50重量(下同)份莫來石、600?1250目的15?20份蘇州土、1250目的3?6份擬薄水銷石、600?1250目的15?20份滑石、2?6 μπι的7?15份氧化鋁和< 2 μπι的I?3份鈦白粉混合后過100目篩，篩下得到陶瓷粉料，
b)再將5?10份膠水、3?7份甘油、5?10份無離子水和3?5份纖維素混合的粘結(jié)劑與(a)項得到的陶瓷粉料加入捏合機攪拌捏合I?1.5小時，練成可塑性泥料，陶瓷粉料與粘結(jié)劑重量配比為70?75:25?30，再經(jīng)過在練泥機中初練、精練后，裝入密閉的陳腐框中進行陳腐，得到陳腐好的泥料；
c)陳腐好的泥料在真空度<-0.09兆帕的練泥機中擠成圓柱狀，切成段兒裝入擠壓成型機中，通過不同的模具擠出不同規(guī)格的蓄熱體段狀濕毛坯置入微波爐中干燥定型后在100?110°C烘干24小時硬化，得到干燥硬化后的定型坯體；
d)將干燥硬化后的定型坯體進行端面切割加工，獲得整齊的端面，再從端面加工均布的中通直孔，獲得整齊的蜂窩端面完整蜂窩陶瓷坯體裝入燒結(jié)爐，升溫至1300?1400°C高溫?zé)Y(jié)，得到蜂窩陶瓷蓄熱體產(chǎn)品。
[0014]所述的高溫?zé)Y(jié)是以60°C /h的升溫速度升溫至550°C低溫排煙，待有機物揮發(fā)后，再以200°C /h的升溫速度快速升溫至1200°C，再以40°C /h的升溫速度升溫至1300?1400°C的燒結(jié)溫度，并在此溫度下保溫2?4h。
[0015]本發(fā)明的蜂窩陶瓷蓄熱體采用的莫來石、蘇州土、擬薄水鋁石、滑石、氧化鋁和鈦白粉為主體陶瓷粉料，其中莫來石，化學(xué)式3A1203.2Si02，莫來石是A1203— Si02系中唯一穩(wěn)定的二元化合物，莫來石礦被用來生產(chǎn)高溫耐火材料，莫來石膨脹均勻，熱震穩(wěn)定性極好，荷重軟化點高，高溫蠕變值小，硬度大，抗化學(xué)腐蝕性好。在該配方中作為骨料。
[0016]蘇州土，中低溫?zé)嵋何g變殘余型高嶺土。是特種陶瓷中難得的天然優(yōu)質(zhì)原料。氧化鋁含量為37%?39%，二氧化硅46%?48%，耐火度1730°C，可塑性較低。在該配方中，與滑石、氧化鋁形成堇青石。
[0017]擬薄水鋁石；無毒、無味、無臭、白色膠體狀(濕品)或粉末(干品)，晶相純度高、膠溶性能好，粘結(jié)性強，具有比表面高、孔容大等特點，其含水態(tài)為觸變性凝膠。在該配方中加入擬薄水鋁石可以促進堇青石的生成。
[0018]滑石:與蘇州土、氧化鋁生成基質(zhì)，提高抗熱震性，氧化鋁:與滑石、蘇州土形成基質(zhì)，提尚抗熱震性，
鈦白粉:加入鈦白粉助燒劑，可促進產(chǎn)品在低溫固相下燒結(jié)，從而可降低燒結(jié)溫度，提高產(chǎn)品的使用溫度。
[0019]粘結(jié)劑的膠水可增加毛坯強度，甘油起潤滑作用，纖維素可保水，增加塑性。
[0020]將上述的陶瓷粉料和粘結(jié)劑經(jīng)過通過混料、調(diào)泥、真空練泥、陳腐、成型、烘干、高溫?zé)Y(jié)制成