CN101125751A - 一种锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体 - Google Patents

一种锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体，它由刚玉粉、α－Al2O3粉、粘土、MgO、有机纤维素、桐油、Cr2O3粉和ZrO2粉组成，其各组份的重量百分比为：刚玉粉40－50％、α－Al2O3粉20－30％、粘土5－10％、MgO3－10％、有机纤维素3－8％、桐油3－7％、Cr2O3粉3－7％和ZrO2粉3－7％，其蓄热体化学成分重量百分比为：Al2O3为48－60％、SiO2为16－25％、ZrO2为3－7％、Cr2O3为3－7％、MgO为3－15％，将其装入蓄热式加热炉中，能适用温度在1500℃以上环境下使用，且可节约燃料达40－70％，提高产量在15％以上，NOX气体排放降低到100ppm以下，烟气排放温度低于150℃，显著提高了燃烧效果，大大减少了有害气体排放，延长了蓄热式加热炉使用寿命，改善了环境，提高了经济效益和社会效益。

Description

一种锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体
技术领域
本发明涉及陶瓷，尤其是涉及一种锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体。
背景技术
目前，具有节能和环保双重功效的蓄热式高温空气燃烧新技术(HTAC)已广泛用于钢铁、石化等各种工业炉窑蓄热式加热炉中，它既能提高燃烧效果，节约能源，又能减少有害气体排放，降低环境污染。作为蓄热式加热炉中的关键部件-蓄热体，其蓄热式加热炉性能指标和热效率的高低直接取决于蓄热体的性能。20世纪80年代开发出的小直径球状或点焊状瓷球蓄热体，能使蓄热式加热炉结构紧凑，较好地解决了传统格子砖蓄热体存在的系统体积大、热效率低的问题，但小直径球状或点焊状瓷球蓄热体比表面积小，在使用中产生的压降大，使用受到限制。随着陶瓷制备工艺技术的发展，近几年来已开发出蜂窝陶瓷，从蜂窝陶瓷的基体结构来分类，目前使用的蜂窝陶瓷蓄热体主要有普通瓷质型、堇青石型、莫来石型和刚玉型，蜂窝陶瓷蓄热体的比表面积比瓷球蓄热体大5倍以上、传热能力比瓷球蓄热体大4-5倍、气流阻力只有瓷球蓄热体三分之一，用蜂窝陶瓷作为蓄热体应用于工业窑炉蓄热式加热炉中，有利于实现加热炉低氧燃烧，使炉温均匀，传热迅速，降低了工业窑炉的氧化烧损，减少了NOX气体的排放，提高了环保节能效果。同时用蜂窝陶瓷作蓄热体应用于工业加热炉与瓷球蓄热体相比，其蓄热室体积可大大减小，因而有利于布置足够的烧嘴，且蜂窝陶瓷气流通道不易堵塞，自洁性好，适用性强。但上述这些蜂窝陶瓷蓄热体在使用还存在一些不足：一是其蜂窝陶瓷蓄热体耐温度不高，耐温度一般在1400℃以下，最高不超过1450℃，不能适用工程应用中经常需要蓄热体在1500℃以上的环境下工作；二是热容量较低，一般在1300J/KgK以下，耐急冷急热稳定性较低，不能实现长久使用，影响蓄热式加热炉节能效果，烟气排放量较高，经济和社会效益还不高。
发明内容
针对上述现有技术中蓄热式加热炉中蜂窝陶瓷蓄热体存在的不足，本发明的目的是提供一种具有耐高温、抗腐蚀、热稳定性好、抗压强度高、抗渣性强和热容量大，燃烧效果好，节能率高，烟气排放量低、使用寿命长的锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体。
本发明为达到发明目的所采取的技术方案是：所述锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体由刚玉粉、α-Al2O3粉、粘土、MgO、有机纤维素、桐油、Cr2O3粉和ZrO2粉组成，其各组份的重量百分比为：刚玉粉40-50％、α-Al2O3粉20-30％、粘土5-10％、MgO 3-10％、有机纤维素3-8％、桐油3-7％、Cr2O3粉3-7％和ZrO2粉3-7％，将上述各组份按比例配制混碾挤压成型后锻烧而成，其锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体化学成份的重量百分比为：Al2O3为48-60％、SiO2为16-25％、ZrO2为3-7％、Cr2O3为3-7％和MgO为3-15％，其杂质Fe2O3≤0.8％、Na2O+K2O+CaO≤1％。
本发明所述锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体的制备方法是：
1、将刚玉粉、α-Al2O3粉、粘土、有机纤维素、MgO、Cr2O3粉和ZrO2粉按重量百分比例均匀混后，再按比例加入桐油，再加入适量水份在球磨机中混碾2-3小时(以混碾物带有韧性时的水份量)，再放入粗炼机中粗炼2-3次后，陈腐24小时得到泥料；
2、将泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥后，再放入挤压成型机中挤压成型；
3、将挤压成型的湿态新型蜂窝陶瓷蓄热体放入远红外线炉中干燥定型成干坯；
4、将新型蜂窝陶瓷蓄热体干坯装入锻烧炉中，在1300-1600℃温度下保温4-8小时进行锻烧；
5、而后随炉冷却或空冷至常温出炉。
本发明所述锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体中加入的ZrO2粉是一种耐高温、耐磨损和耐腐蚀的惰性无机非金属材料，作为陶瓷釉用材料，具有热稳定性好，抗龟裂性高，同时还可作为助色剂颜料，用于调整蓄热体晶体结构；加入的Cr2O3粉也是一种耐高温，强度大，对氧化铁粉末及烟气中的粉末有较好的抗侵蚀性，减小附着力，热稳定性高。本发明由于在蜂窝陶瓷蓄热体中加入了Cr2O3粉和ZrO2粉，使陶瓷基体上能产生了Cr2O3和ZrO2强化相，使蜂窝陶瓷蓄热体具有抗压强度高、耐高温、抗震热稳定性好、抗渣性强和热容量大的特性，将其装入蓄热式加热炉中，不仅能适用加热炉温度在1500℃以上高温环境下使用，且蓄热体热交换迅速均匀，使蓄热式加热炉节约燃料达40-70％，提高产量在15％以上，NOX气体排放降低到100ppm以下，烟气排放温度低于150℃，大大提高了蓄热式加热炉燃烧效果，节约了燃料能源，大大减少了有害气体排放，延长了蓄热式加热炉使用寿命，改善环境，提高了经济效益和社会效益。
本发明所述锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体各项技术指标是：抗压强度：≥14MPa，热容量(20-1000℃)/J/KgK：1300-1500，耐温度：1500-1790℃，抗震热稳定性(850℃水冷)：＞11次，吸水率：3-6％，密度(g/cm3)：2.5-3.5
具体实施方式
实施例1，所述锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体由刚玉粉、α-Al2O3粉、粘土、MgO、有机纤维素、桐油、Cr2O3粉和ZrO2粉组成，其各组份的重量百分比为：刚玉粉45％、α-Al2O3粉25％、粘土7％、MgO 6％、有机纤维素5％、桐油4％、Cr2O3粉4％和ZrO2粉4％，其锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体化学成份的重量百分比为：Al2O3为58.6％、SiO2为23.5％、ZrO2为4％、Cr2O3为4％和MgO为8％，其杂质Fe2O3为0.5％、Na2O+K2O+CaO为0.8％，并按下列制备方法步骤进行制备而成。
1、将刚玉粉、α-Al2O3粉、粘土、有机纤维素、MgO、Cr2O3粉和ZrO2粉按实施例1中所述的重量百分比例均匀混后，再按比例加入桐油，再加入适量水份(以混碾物带有韧性时的水份)，在球磨机中混碾2-3小时，再放入粗炼机中粗炼2-3次后，陈腐24小时后得到泥料；
2、将泥料放入真空炼泥机中进行真空炼泥后，再放入挤压成型机中挤压成型；
3、将挤压成型的湿态新型蜂窝陶瓷蓄热体放入远红外线炉中干燥定型成干坯；
4、将新型蜂窝陶瓷蓄热体干坯装入锻烧炉中，在1300-1600℃温度下保温4-8小时进行锻烧；
5、而后随炉冷却或空冷至常温出炉。
本实施例1经检测各项技术指标是：
抗压强度：15.3MPa，热容量(20-1000℃)/J/KgK：1420，
耐温度：1710℃，抗震热稳定性(850℃水冷)：13次，
吸水率：4％，密度(g/cm3)：3.2
实施例2，所述锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体由刚玉粉、α-Al2O3粉、粘土、MgO、有机纤维素、桐油、Cr2O3粉和ZrO2粉组成，其各组份的重量百分比为：刚玉粉50％、α-Al2O3粉20％、粘土5％、MgO3％、有机纤维素3％、桐油7％、Cr2O3粉6％和ZrO2粉6％，将上述各组份按比例混碾挤压成型后锻烧而成，其锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体化学成份的重量百分比为：Al2O3为57.5％、SiO2为24.3％、ZrO2为6％、Cr2O3为6％和MgO为5％，杂质Fe2O3为0.65％、Na2O+K2O+CaO为0.55％，按实施例1制备方法步骤制备而成。
本实施例2经检测各项技术指标是：
抗压强度：16.2MPa，热容量(20-1000℃)/J/KgK：1450，
耐温度：1780℃，抗震热稳定性(850℃水冷)：14次，
吸水率：3.5％， 密度(g/cm3)：3.4
实施例3，所述锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体由刚玉粉、α-Al2O3粉、粘土、MgO、有机纤维素、桐油、Cr2O3粉和ZrO2粉组成，其各组份的重量百分比为：刚玉粉40％、α-Al2O3粉30％、粘土8％、MgO 8％、有机纤维素5％、桐油3％、Cr2O3粉3％和ZrO2粉3％，将上述各组份按比例混碾挤压成型后锻烧而成，其锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体化学成份的重量百分比为：Al2O3为66.2％、SiO2为17.5％、ZrO2为3％、Cr2O3为3％和MgO为9％，杂质Fe2O3为0.45％、Na2O+K2O+CaO为0.6％。按实施例1制备方法步骤制备而成。
本实施例3经检测各项技术指标是：
抗压强度：14.8MPa，热容量(20-1000℃)/J/KgK：1350，
耐温度：1670℃，抗震热稳定性(850℃水冷)：13次，
吸水率：5％，密度(g/cm3)：3.1

Claims (2)

1.一种锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体，其特征是：所述锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体由刚玉粉、α-Al2O3粉、粘土、MgO、有机纤维素、桐油、Cr2O3粉和ZrO2粉组成，其各组份的重量百分比为：刚玉粉40-50％、α-Al2O3粉20-30％、粘土5-10％、MgO 3-10％、有机纤维素3-8％、桐油3-7％、Cr2O3粉3-7％和ZrO2粉3-7％，将上述各组份按比例配制混碾挤压成型后锻烧而成，其锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体化学成份的重量百分比为2Al2O3为48-60％、SiO2为16-25％、ZrO2为3-7％、Cr2O3为3-7％、MgO为3-15％，其杂质Fe2O3≤0.8％、Na2O+K2O+CaO≤1％。
2.根据权利要求1所述的一种锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体，其特征是：所述刚玉粉、α-Al2O3粉、粘土、MgO、有机纤维素、桐油、Cr2O3粉和ZrO2粉各组份的重量百分比为：刚玉粉45％、α-Al2O3粉25％、粘土7％、MgO 6％、有机纤维素5％、桐油4％、Cr2O3粉4％和ZrO2粉4％，其锆铬刚玉质新型蜂窝陶瓷蓄热体化学成份的重量百分比为：Al2O3为58.6％、SiO2为23.5％、ZrO2为4％、Cr2O3为4％和MgO为8％，其杂质Fe2O3为0.5％、Na2O+K2O+CaO为0.8％。
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