專利名稱：一種碳化硅-剛玉復合材質蜂窩蓄熱體的制作方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷蜂窩蓄熱體，尤其是涉及用于高性能熱交換的復合材質陶瓷蜂窩 蓄熱體。
背景技術：
能源緊缺是當今國際社會面臨的最大難題之一。隨著世界工業化進程的快速發 展，燃燒型熱能交換(如火力發電、城市集中供熱等)和熱能加工(冶煉、熱處理、化工和建 材生產等)是能源消耗的最大用戶之一。為了節約能源，這些行業大都對爐窯設備進行改 造，加強爐窯設備的保溫隔熱、強化熱介質體對被加熱物的傳熱等手段，用以提高能源利用 率和提高燃燒效率。但由于爐窯設備的余熱主要是被煙氣帶走，因此上述改造措施不能充 分地使爐窯設備的能源利用率和燃燒效率得到明顯提高。隨著科學技術的不斷發展，蓄熱 式燃燒技術在上述行業的爐窯設備中為提高能源利用率和提高燃燒效率起到了重要作用， 每年可節紙大量的能源。作為使用蓄熱式燃燒技術的爐窯設備中蓄熱燃燒器，其中最關鍵 的是蓄熱燃燒器中的蓄熱體，蓄熱體性能的好壞直接關系到蓄熱式爐窯設備的節能水平和 燃燒效率。蓄熱體從最初用普通耐火材料制造一直發展到現在的蜂窩陶瓷材料制造，從普 通的堇青石型蜂窩陶瓷發展到莫來石、剛玉質型或鋯鉻剛玉質蜂窩陶瓷。其蓄熱體所具有 的耐高溫、高強度、低膨脹、抗腐蝕和抗熱震性能都有比較大的提高，同時這類蓄熱體還具 有熱交換面積大、氣流阻力小，蓄熱能力強特點，因此，在現有的各種爐窯設備中和民用燃 具等熱加工中得到了較為廣泛的應用。但上述蓄熱體由于其耐高溫性、抗壓強度不夠高，特 別是熱震性、抗侵蝕性還不高，加上吸水性比較高，在實際應用中，由于燃氣潔凈度不高、焦 油和粉塵含量較多，以及初加熱物上的升發物，(如鋼材上的磷酸鋅、爐內氧化反應生時產 生的氧化鐵)，在負氧和有腐蝕性氣體等惡劣條件下會產生的大量灰塵和粘堵物，容易使蜂 窩蓄熱體的孔道粘附和堵塞，在高溫及腐蝕下，蓄熱體容易開裂、破碎、粉化和坍塌，使蓄熱 體不能正常使用，使用壽命不超過一年，一般為8-10月，從而縮短了蓄熱式爐窯設備的使 用周期限，不僅提高了爐窯設備的運行成本，降低了經濟效益，而且會造成環境污染，不利 于環境保護。

發明內容
針對上述現有蜂窩陶瓷蓄熱體存在的問題，本發明提供了一種不僅耐溫高、抗壓 強度高、熱震性、抗侵蝕性高、使用壽命長，吸水性低，而且具有換熱面積大、氣流阻力小、蓄 熱能力強、占用面積小的碳化硅_剛玉復合材質蜂窩蓄熱體。本發明所述碳化硅-剛玉復合材質蜂窩蓄熱體以碳化硅粉，鋯剛玉粉，剛玉粉，莫 來石粉，高嶺土、纖維素以及藍晶石、紅柱石和硅線石組合物為主要原料，采用原位受控晶 化技術，通過有效控制晶相組成、晶粒生長和全致密化，優化不同溫度下的材質組成，制備 出六方孔、三角孔和四方孔的復相蜂窩陶瓷蓄熱體。本發明主要原料的重量百分比為碳化硅粉20-30% wt，鋯剛玉粉4-8% wt,剛玉粉20-30% wt，莫來石粉15-20% wt，藍晶石、紅柱石和硅線石組合物15-30% wt，高嶺土 4-8% wt和纖維素2-5% wt。另外加入不大于上述主要原料總重量的助磨劑，再分別加 入不大于篩分后混合物重量1 %的潤滑劑和增塑劑。所述潤滑劑為桐油，所述增塑劑為甘油，所述助磨劑為硬脂酸。本發明所述碳化硅_剛玉復合材質蜂窩蓄熱體制備方法步驟是1、將碳化硅粉，鋯剛玉粉，剛玉粉，莫來石粉，高嶺土、纖維素以及藍晶石、紅柱石和硅線石組合物主要原料和助磨劑按重量百分比例加入球磨機中混合球磨，球磨后過325 目篩分得到混合物；2、在上述混合物中分別加入不大于混合物重量的桐油和不大于混合物重量 的甘油進行混煉、陳腐和真空煉泥后形成泥段；3、將泥段加入模具中進行擠壓成型；4、將擠壓成型的濕態蓄熱體放入微波爐或遠紅外線爐中干燥定型成干坯；5、再將干坯裝入梭式窯中，在1400-1450°C溫度下保溫4_8小時進行燒制；6、而后隨窯冷卻或空冷至常溫出窯。本發明所述碳化硅_剛玉復合材質蜂窩蓄熱體性能指標是密度彡2.8g/cm3熱膨脹系數(20-1000°C)彡 5. OXlO"6 · V比熱容彡1. 20J · (Kg · K) -1抗熱震性(試塊1100°C水冷次數)彡8次最高使用溫度中溫型1580°C高溫型1650°C抗壓強度A軸彡35Mpa B軸彡15Mpa本發明所述碳化硅_剛玉復合材質蜂窩蓄熱體化學成份SiO2 32-38% (其中所含 SiC 以 SiO2 計)AL2O3 55-60% Cr2O3 3-5% ZrO 2-4%Fe2O3 ^ 1. 0% K2CHNa2O ^ 1. 0% TiO2 < 0. 5%本發明所述碳化硅-剛玉復合材質蜂窩蓄熱體，是一種耐高溫、高強度、低膨脹復 相的新型無機非金屬陶瓷蓄熱體，具有耐火度高、抗熱震性好、抗腐蝕性強，同時還具有換 熱面積大、氣流阻力小、蓄熱效率高、占地面積小，使用壽命長，使用壽命達到兩年以上的特 點。它廣泛用于黑色和有色冶煉、火力發電、石化化工、陶瓷、玻璃、機械加工和民用灶具等 蓄熱式加熱爐。所述原位受控晶化技術是對合成材料的晶粒尺寸、數量和形狀綜合有效控制。所述藍晶石、紅柱石和硅線石重量比為2 3 1。
具體實施例方式實施例1，碳化硅-剛玉復合材質蜂窩蓄熱體主要規格之一外形尺寸為 150 X 150 X 100mm,孔徑為3 X 3mm,孔壁厚為0. 6 1mm，對緊靠爐膛高溫處的前兩排也可采 用大外形尺寸、大孔徑和大壁厚(250 X 200 250 X 100mm,孔徑為4 6 X 4 6_，孔壁厚 為1. 5 2. 2mm的碳化硅-剛玉復合材質蜂窩蓄熱體，其孔也可制成圓孔，具體規格可根據 客戶要求制訂。本實施例1采用碳化硅粉20% wt，鋯剛玉粉4% wt，剛玉粉28% wt，莫來石粉18% wt，藍晶石、紅柱石和硅線石組合物22% wt，高嶺土 5% wt和纖維素3% wt為主 要原料，并按下列方法步驟制備而成 1、將上述重量百分比例的碳化硅粉，鋯剛玉粉，剛玉粉，莫來石粉，高嶺土、纖維素 以及藍晶石、紅柱石和硅線石組合物加入球磨機中球磨，并加入上述主要原料總重量的 硬脂酸進行球磨，球磨后過325目篩分得到混合物，2、在上述混合物中分別加入混合物重量的桐油和混合物重量的甘油進行 混煉、陳腐24小時后進行真空煉泥形成泥段；3、將泥段加入模具中進行擠壓成型；4、將擠壓成型的濕態蓄熱體放入微波爐或遠紅外線爐中干燥定型成干坯；5、再將干坯裝入梭式窯中，在1450°C溫度下保溫4小時進行燒制；6、而后隨窯冷卻或空冷至常溫出窯。實施例1所得到的蓄熱體各項性能指標經檢測密度3·05g/cm3 熱膨脹系數(20_1000°C ) 4. 2 X IO"6 · V比熱容1.38J · (Kg · K)—1 最高使用溫度1650°C抗熱震性(試塊1100°C水冷次數)10次抗壓強度A軸 37. 5Mpa，B 軸 16. 3Mpa實施例2，碳化硅-剛玉復合材質蜂窩蓄熱體外形尺寸為100 X 100 X 100mm，孔徑 為3 X 3mm，孔壁厚為0. 6 1mm。本實施例2采用碳化硅粉24% wt，鋯剛玉粉7% wt,剛玉 粉20% wt，莫來石粉15% wt，藍晶石、紅柱石和硅線石組合物28% wt，高嶺土 4% wt和纖 維素2% wt為主要原料，并按下列方法步驟制備而成1、將上述重量百分比例的碳化硅粉，鋯剛玉粉，剛玉粉，莫來石粉，高嶺土、纖維素 以及藍晶石、紅柱石和硅線石組合物加入球磨機中球磨，并加入上述主要原料總重量0. 7% 的硬脂酸進行球磨，球磨后過325目篩分得到混合物，2、在上述混合物中分別加入混合物重量0. 7%的桐油和混合物重量0. 8%的甘油 進行混煉、陳腐24小時后進行真空煉泥形成泥段；3、將泥段加入模具中進行擠壓成型；4、將擠壓成型的濕態蓄熱體放入微波爐或遠紅外線爐中干燥定型成干坯；5、再將干坯裝入梭式窯中，在1400°C溫度下保溫8小時進行燒制；6、而后隨窯冷卻或空冷至常溫出窯。實施例3，采用碳化硅粉28% wt，鋯剛玉粉4% wt,剛玉粉25% wt，莫來石粉15% wt，藍晶石、紅柱石和硅線石組合物16% wt，高嶺土 % wt和纖維素5% wt為主要原料，力口 入主要原料總重量0. 5%的硬脂酸球磨，球磨后過325目篩分得到混合物，在混合物中分別 加入混合物重量0. 5%的桐油和混合物重量0. 6%的甘油進行混煉、陳腐24小時后真空煉 泥形成泥段，再擠壓成型，干燥和1400°C下保溫6小時燒制而成。
權利要求
一種碳化硅-剛玉復合材質蜂窩蓄熱體，其特征在于它以20-30％wt的碳化硅粉，4-8％wt的鋯剛玉粉，20-30％wt的剛玉粉，15-20％wt的莫來石粉，15-30％wt的藍晶石、紅柱石和硅線石組合物，4-8％wt的高嶺土和2-5％wt的纖維素為主要原料，并按下述方法步驟制備而成(1)將上述重量百分比例的碳化硅粉，鋯剛玉粉，剛玉粉，莫來石粉，高嶺土，纖維素以及藍晶石、紅柱石和硅線石組合物加入球磨機中球磨，并加入不大于上述主要原料總重量1％的硬脂酸進行球磨，球磨后過325目篩分得到混合物；(2)在上述混合物中分別加入不大于混合物重量1％的桐油和不大于混合物重量1％的甘油進行混煉、陳腐和真空煉泥后形成泥段；(3)將泥段加入模具中進行擠壓成型；(4)將擠壓成型的濕態蓄熱體放入微波爐或遠紅外線爐中干燥定型成干坯；(5)再將干坯裝入梭式窯中，在1400-1450℃溫度下保溫4-8小時進行燒制；(6)而后隨窯冷卻或空冷至常溫出窯。
全文摘要
一種碳化硅-剛玉復合材質蜂窩蓄熱體，它以20-30％wt的碳化硅粉、4-8％wt的鋯剛玉粉、20-30％wt的剛玉粉、15-20％wt的莫來石粉、15-30％wt的藍晶石、紅柱石和硅線石組合物，4-8％wt的高嶺土和2-5％wt的纖維素粉為主要原料，加入球磨機中球磨，并加入不大于上述主要原料總重量1％的硬脂酸進行球磨后篩分得到混合物，再分別加入不大于混合物重量1％的桐油和混合物重量％的甘油進行混煉、陳腐和真空煉泥后形成泥段，模具中進行擠壓成型并干燥，在1400-1450℃溫度下保溫4-8小時進行鍛燒。本發明具有耐火度高、抗熱震性好、抗腐蝕性強特點，還具有換熱面積大、氣流阻力小、蓄熱效率高、占地面積小，使用壽命長，使用壽命達到兩年以上，它廣泛用于黑色和有色冶煉、火力發電、石化化工、陶瓷、玻璃、機械加工和民用灶具等蓄熱式加熱爐。
文檔編號C04B35/10GK101798212SQ201010103068
公開日2010年8月11日 申請日期2010年1月29日 優先權日2010年1月29日
發明者朱波, 朱立全, 王獻忠 申請人:王獻忠;朱立全;朱波