CN101104564A

CN101104564A - 一种高性能陶瓷蓄热球生产工艺

Info

Publication number: CN101104564A
Application number: CNA2006100288090A
Authority: CN
Inventors: 王耀卿
Original assignee: GONGYI SANSONG CERAMICS CO Ltd
Current assignee: GONGYI SANSONG CERAMICS CO Ltd
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2008-01-16

Abstract

本发明属耐火材料领域。本发明涉及一种用于新一代蓄热式燃烧装置的高性能陶瓷蓄热球的原料及生产工艺，其主要原料为α－氧化铝微粉及多种添加剂，质量要求为α－氧化铝微粉含量大于99.99％，细度大于800目，其他添加剂纯度大于99.9％。其成型工艺是采用高温烧制成型，本发明的产品的耐热震性能、常温耐压强度和尺寸精确度优于普通氧化铝球。

Description

一种高性能陶瓷蓄热球生产工艺

技术领域

本发明专利属于耐火材料领域。

背景技术

蓄热式燃烧技术起源于欧、美、日本等发达国家，但在中国得到了广泛的应用。

蓄热式燃烧装置由三个主要部件组成：蓄热式烧嘴、蓄热体和四通换向阀。蓄热体起蓄热和放热作用。它由金属壳体安放蓄热元件(材质分金属质和非金属质两大类)组成。当高温炉气通过蓄热体时，蓄热元件吸收高温烟气的热量，并把热量蓄积起来。换向后，低温气体通过蓄热体时蓄热元件放热，把热量传给低温气体，使之预热至高温。

欧美国家大多使用比表面积较高于蓄热室格子砖的陶瓷球。而日本发明了比表面积远高于而气流阻力又远小于陶瓷球的薄壁陶瓷蜂窝体，虽然陶瓷蜂窝体具有体积紧凑小巧、温度波动较小，热回收效率很高和换向设备简单等优点，但是陶瓷蜂窝体有限的寿命限制它的应用。

对蓄热体的性能有较高的要求，即其透热深度要小(壁薄)、比表面积要大、材料的比热容要大、导热系数要高、耐热震及抗氧化性要高、以及高温耐压强度要高等等。

为此，国外广泛研究新的蓄热体材料，并且研究蓄热体的成型方法。

美国专利NO.4598054介绍了蜂窝体的陶瓷材料由20～80％重的堇青石粉料与20～80％重的固溶结晶相(Al₂O₃-SiO₂-ZrO₂-MgO-TiO₂-Fe₂O₃组成)粉料混合制成。所制成的蜂窝体材料的重量百分比化学组成为：SiO₂ 15.7～44％、Al₂O₃29.8～41.0％、Fe₂O₃0.9～8.3％、TiO₂7.0～35.9％、MgO4.9～16.1％。

美国专利NO.4722916，介绍了堇青石相中，固溶入2～10％重的P₂O₅，坯料在烧成中使P₂O₅转化为AlPO₄。最后，通过酸处理已被烧成的物品，使大多数P₂O₅逐渐放出，成品中只残留0.1％重的P₂O₅。美国专利NO.4595662介绍，在40～90％堇青石粉料中加入10～60％重的含有锂辉石固溶结晶相的水晶玻璃粉料(硅酸锂铝)。由此制成的陶瓷蜂窝体材料的重量化学组成是：SiO₂ 51.5～64.4％、Al₂O₃ 24.8～33.7％、MgO 5.5～12.4％、Li₂O 0.4～2.7％、TiO₂ 0～5.1％、ZrO₂ 0～1.8％。

上海交通大学李茂德等对陶瓷蓄热体的材料进行了研究，研究结论认为其中BeO的热物理性能最好，但是在实际应用过程中，这种材料的抗热震性和耐热强度较差，不能单独使用，需要与Al₂O₃、SiO₂或其他一些陶瓷原料组合使用。

广东工业大学材料与能源学院的李爱菊等，对蓄热体的成份也进行了较系统的研究，认为堇青石基陶瓷蓄热体具有抗热震性好和价格低廉等优点，但是高温(1250℃)烟气(尤其是含钠等碱金属蒸气的烟气和含SO₂等酸性气体的烟气)对堇青石质陶瓷蓄热体的腐蚀性特强，使堇青石蓄热体发生熔融、粘结和挥发，从而阻塞气流，最后使熔融液被吹跑。莫来石的密度和比热容较大，价格较便宜，在换热器中有一定的应用市场。与其他材料相比，各种SiC材料都具有很高的热导率，在高温下具有很高的强度和很好的抗侵蚀性及抗氧化性，并具有优异的抗热震性，所以，SiC质材料是陶瓷换热器蓄热体的首选材料。

山东工业陶瓷研究设计院的沈君权等[4]对蓄热体的成份配比也进行了研究，认为普通莫来石质陶瓷作蓄热体是合适的。

上述专利和技术的目的是旨在找到一种由堇青石粉料与不同的固溶相粉料组成的合适原料配方，以生产出热膨胀系数低、耐热冲击性能好、机械强度高、化学稳定性好、气体透过率低的陶瓷蜂窝体。

发明内容

1、采用的原料及质量要求

主要的原料是α-氧化铝微粉、多种添加剂，质量要求为α-氧化铝微粉含量大于99.99％，细度大于800目，其他添加剂纯度大于99.9％。

2、生产工艺流程如下：

(1)将经过化验合格的原料按规定比例加入到湿式球磨机中，经过一定时间的研磨，研磨到要求的细度后，放入沉降池。

(2)将沉降池中的原料浆搅拌均匀，经过多次除铁，达到要求后，进入榨泥机滤去水份，待烘干。

(3)将烘干房烘干后的半成品原料经制粒机制成均匀的微小颗粒待用。

(4)将制成的微粒加入成球机，同时加入粘合剂成型，将成型后的不同规格的蓄热球经分筛机分筛后，选出合格产品进窑炉烘干待烧。

(5)将待烧产品装入高温窑炉，按照一定的升温曲线进行高温烧制，带产品烧成后，打开凉窑。然后经过分筛机选出合格产品，滤除不合格产品。由质检人员再次检验、化验合格后，做好批号记录档案，装入成品袋入库待发。

3、达到的性能指标

表1高性能蓄热小球成分

Al2O3	MgO	SiO2	BaO	CaO	ZrO2	Fe2O3	B2O3	TiO2	Na
Al2O3	MgO	SiO2	BaO	CaO	ZrO2	Fe2O3	B2O3	TiO2	Na	95.78	0.12	2.94	＜0.1	0.88	0.1	0.18	0.18	0.027	0.2
99.4	＜0.1	0.1			＜0.1	＜0.1		＜0.1		95.78	0.12	2.94	＜0.1	0.88	0.1	0.18	0.18	0.027	0.2
99.4	＜0.1	0.1			＜0.1	＜0.1		＜0.1		99.1	＜0.1	0.2		0.1	＜0.1	＜0.1

表2高性能蓄热小球性能参数

检测项目		1	2	3	平均
检测项目		1	2	3	平均	体积密度，g/cm3	110*24h干后	3.43	3.38	3.46	3.42
显气孔率，％	110*24h干后	0	11.5	1.1	7.2	体积密度，g/cm3	110*24h干后	3.43	3.38	3.46	3.42
显气孔率，％	110*24h干后	0	11.5	1.1	7.2	耐压强度	KN	24.2	23.5	20.2	22.6
吸水率，％	110*24h干后	0	0	0	0	耐压强度	KN	24.2	23.5	20.2	22.6

表3产品的化学组成和性能参数

检测项目	检测结果	备注
检测项目	检测结果	备注	耐火度℃	1800
耐急冷急热性(次数)(加热至1100℃水冷)	＞30次		耐火度℃	1800

按本发明所生产出的陶瓷蓄热体产品，与国外进口的氧化铝球相比，在如下方面可体现出本发明的优点：

耐热震性能远优于普通氧化铝球。本发明的耐急冷急热(1100℃水冷)次数≥30次，普通氧化铝球平均12～18次。

本发明产品的常温耐压强度高于普通氧化铝球。

本发明产品尺寸精确度比普通氧化铝球高得多，各种球的球径公差为±0.2mm，而普通氧化铝球为±1.5mm。

Claims

1.一种高性能陶瓷蓄热球生产工艺，其特征在于工艺步骤为：(1)原料制备；(2)烘干前处理：将烘干房烘干后的半成品原料经制粒机制成均匀的微小颗粒待用；(3)烘干；(4)烧成。

2.一种用于权利要求1所述的原料配方，其特征在于主要的原料是α-氧化铝微粉、多种添加剂，质量要求为α-氧化铝微粉含量大于99.99％，细度大于800目，其他添加剂纯度大于99.9％。

3.根据权利要求1所述的高性能蓄热小球生产工艺，其特征在于原料制备工艺步骤中，原料按规定比例加入到湿式球磨机中，经过一定时间的研磨，研磨到800目后，放入沉降池，将沉降池中的原料浆搅拌均匀，经过多次除铁，达到要求后，进入榨泥机滤去水份，待烘干。

4.根据权利要求1所述的高性能蓄热小球生产工艺，其特征在于烘干工艺步骤中，将制成的微粒加入成球机，同时加入粘合剂成型，将成型后的不同规格的蓄热球经分筛机分筛后，选出合格产品进窑炉烘干待烧。

5.根据权利要求1所述的高性能蓄热小球生产工艺，其特征在于烧成工艺步骤中，将待烧产品装入高温窑炉，按照一定的升温曲线进行高温烧制，带产品烧成后，打开凉窑。