CN107574350B - 一种高温烟气通道余热回收用陶瓷及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温烟气通道余热回收用陶瓷及其制造方法，该陶瓷由以下质量百分比的原料成分经混合、成型、烧结而成：氮化铝粉体80‑93wt％，镍基合金粉体5‑15wt％、发泡剂0.5‑2.5wt％、氧化钇0.3‑1.5wt％、引发剂0.5‑1wt％和催化剂0.5‑1wt％、足量蜡；该陶瓷体内还有弥散分布的气孔及贯穿陶瓷体的交替螺旋通道。本发明的高温烟气通道余热回收用陶瓷导热性好、余热回收率高、耐高温，能回收一部分矿物烟气。

Description

一种高温烟气通道余热回收用陶瓷及其制造方法

技术领域

本发明涉及冶炼节能领域，尤其涉及一种高温烟气通道余热回收用陶瓷及其制造方法。

背景技术

余热是指受历史、技术、理念等的局限性，在已投运的工业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60％。

余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好，其次是直接利用，再次是间接利用(如余热发电)。综合利用就是根据余热的品质，按照温度高低顺序不同按阶梯利用，品质高的可以用于生产工艺或余热发电；中等的(120度-160度)可以采用氨水吸收制冷设备来制取-30度到5度的冷量，用于空调或工业；低温的可以用来制热或利用吸收式热泵来提高热量的数量或温度供生产和生活使用。

现有技术中的冶炼余热回收一般用作补充炉体热量而节能，这类余热回收设备所用陶瓷一般是置于烟道初段，贴合在烟道壁上的陶瓷板，这种陶瓷板一般采用常规的高导热陶瓷制作，致密性好、耐热能力强，但一方面余热回收率不高(烟气可以较快通过带陶瓷板的初段继续上升)，另一方面功能过于单一，排出的烟气粉尘含量及重金属含量均较高，给予环境带来了较大损害，而且单纯的氮化铝粉体陶瓷的导热性还是弱于一些金属。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种导热性好、余热回收率高、耐高温，能回收一部分矿物烟气的高温烟气通道余热回收用陶瓷及其制造方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种高温烟气通道余热回收用陶瓷，其由以下质量百分比的原料成分经混合、成型、烧结而成：氮化铝粉体80-93wt％，镍基合金粉体5-15wt％、发泡剂0.5-2.5wt％、氧化钇0.3-1.5wt％、引发剂0.5-1wt％(一般为TiO2、Cr2O3、MnO2等，用于助晶格畸变，促再结晶)和催化剂0.5-1wt％(一般为SiO2、CaO、MgO等，用于改善成型性能，促晶粒细化均匀)、足量工艺辅材蜡；该陶瓷体内还有弥散分布的气孔及贯穿陶瓷体的交替螺旋通道。

一种高温烟气通道余热回收用陶瓷的制造方法，包括以下步骤：

1)原料的预制备

①以水、氮化铝粉体、镍基合金粉体、氧化钇为起始原料配料，并进行球磨混合，得到分散的稳定浆料；

②将蜡加热软化后盘成类DNA的多股螺旋结构；

2)泡沫浆料的制备及凝胶注模成型

①在1)中步骤①所得稳定浆料中加入发泡剂，机械搅拌得到泡沫浆料，然后向泡沫浆料中依次加入引发剂和催化剂，并快速浇注于模具中，迅速将1)中步骤②获得的多股螺旋结构置于模具中，静置一段时间后泡沫浆料凝胶固化成型；

3)坯体的干燥、排胶和烧结：将脱模后的坯体先后在恒温恒湿箱和普通烘箱中干燥，然后置于空气气氛炉中进行排胶，最后在还原性氮气气氛炉内进行烧结；排胶为在400-600℃的空气气氛炉内保温2-6h；所述的烧结为在1600-1700℃的氮气气氛炉内保温12-14h。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：本发明的陶瓷体可以直接设在烟道初段中间，堵塞烟道(多股螺旋结构开口端朝上下设置)；陶瓷体内还集成有同样耐高温的镍基合金粉体，一方面增加了陶瓷体的韧性，另一方面增加了陶瓷体的导热能力，使本发明的本质导热率优于纯氮化铝粉体陶瓷，能达到210-240W/m·k(现有工业氮化铝粉体陶瓷一般仅能达到175W/m·k)；通过在凝固前置入类DNA的多股螺旋结构的蜡，蜡热融后脱出，使最终凝胶后的陶瓷体内预设了烟气通道，这些通道可用于烟气的盘旋上升，延长了其上升的距离，吸收其动能及热能转换为所需能量(热能或电能)；由于发泡剂产生的密布弥散的气孔，一方面给丧失较多动能的高固含物烟气提供了贮存空间，另一方面增加了多股螺旋结构的内表面积(多股螺旋结构穿过气孔时边缘即成为凹凸不平的坑洞)，提高了吸热面积，相当于提升了吸热效率，还增加了多股螺旋结构的内表面的阻力；高温烟气受限于多股螺旋结构通道(相当于高速公路)和气孔间隙通道(相当于乡间羊肠小道)，仅能按预设路线上升，其动能被阻滞消耗转变为陶瓷体的热能，其内的固含物由于烟气丧失动能滞留在开口(不开口的也进不去)的气孔中，可通过反吹气流的形式进行回收再利用(矿物质含量与所冶炼的目标产物几乎一致，有回收价值)，余热的吸收率可达到80％-88％(一部分丢失了固含物的较干净热气体逸逃)，远高于现有技术的40％-50％。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种高温烟气通道余热回收用陶瓷的制造方法，包括以下步骤：

1)原料的预制备

①以水、氮化铝粉体、镍基合金Ni-20Cr-2.5Ti-1.3A粉体、氧化钇为起始原料配料，并进行球磨混合，得到分散的稳定浆料；

②将蜡加热软化后，通过设置有旋转通道的金属工装，金属工装出口设置风冷装置，蜡挤压出，即自然盘成类DNA的多股螺旋结构；

2)泡沫浆料的制备及凝胶注模成型

①在1)中步骤①所得稳定浆料中加入发泡剂，机械搅拌得到泡沫浆料，然后向泡沫浆料中依次加入TiO2引发剂和CaO催化剂，并快速浇注于模具中，迅速将1)中步骤②获得的多股螺旋结构置于模具中，静置一段时间后泡沫浆料凝胶固化成型；

3)坯体的干燥、排胶和烧结：将脱模后的坯体先后在恒温恒湿箱和普通烘箱中干燥，然后置于空气气氛炉中进行排胶，最后在还原性氮气气氛炉内进行烧结；排胶(业内称排胶，在此实际为排出蜡、水等不参与反应与烧结的固液废物，同时排出发泡后的原始气体，形成气孔与细小通道)为在400℃的空气气氛炉内保温2h；所述的烧结为在1600℃的氮气气氛炉内保温12h。

其中，该陶瓷由以下质量百分比的原料成分经混合、成型、烧结而成：氮化铝粉体80wt％，镍基合金粉体15wt％、发泡剂2.5wt％、氧化钇1.5wt％、引发剂0.5wt％和催化剂0.5wt％；该陶瓷体内还有弥散分布的气孔及贯穿陶瓷体的交替螺旋通道。

实施例2：

主体部分同实施例1，差异之处在于：

镍基合金选用Ni-20Cr-0.4Ti；排胶为在600℃的空气气氛炉内保温6h；所述的烧结为在1700℃的氮气气氛炉内保温14h。

该陶瓷由以下质量百分比的原料成分经混合、成型、烧结而成：氮化铝粉体93wt％，镍基合金粉体5wt％、发泡剂0.5wt％、氧化钇0.5wt％、引发剂0.5％和催化剂0.5wt％。

实施例3

主体部分同实施例1，差异之处在于：

排胶为在500℃的空气气氛炉内保温4h所述的烧结为在1650℃的氮气气氛炉内保温13h。

该陶瓷由以下质量百分比的原料成分经混合、成型、烧结而成：氮化铝粉体86wt％，镍基合金粉体10wt％、发泡剂1.7wt％、氧化钇0.3wt％、引发剂1％和催化剂1wt％。

本发明的高温烟气通道余热回收用陶瓷的可承受2200℃的高温，导热率210-240W/m·k，余热的吸收率可达到80％-88％，烟气固含物的回收率可达50％-70％。

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种高温烟气通道余热回收用陶瓷，其特征在于：该陶瓷由以下质量百分比的原料成分经混合、成型、烧结而成：氮化铝粉体80-93wt％，镍基合金粉体5-15wt％、发泡剂0.5-2.5wt％、氧化钇0.3-1.5wt％、引发剂0.5-1wt％和催化剂0.5-1wt％；还包括足量工艺辅材：蜡；该陶瓷体内还有弥散分布的气孔及贯穿陶瓷体的交替螺旋通道；

上述高温烟气通道余热回收用陶瓷的制造方法，包括以下步骤：

1)原料的预制备

①以水、氮化铝粉体、镍基合金粉体、氧化钇为起始原料配料，并进行球磨混合，得到分散的稳定浆料；

②将蜡加热软化后盘成类DNA的多股螺旋结构；

2)泡沫浆料的制备及凝胶注模成型

①在1)中步骤①所得稳定浆料中加入发泡剂，机械搅拌得到泡沫浆料，然后向泡沫浆料中依次加入引发剂和催化剂，并快速浇注于模具中，迅速将1)中步骤②获得的多股螺旋结构置于模具中，静置一段时间后泡沫浆料凝胶固化成型；

3)坯体的干燥、排胶和烧结：将脱模后的坯体先后在恒温恒湿箱和普通烘箱中干燥，然后置于空气气氛炉中进行排胶，最后在还原性氮气气氛炉内进行烧结；排胶为在400-600℃的空气气氛炉内保温2-6h；所述的烧结为在1600-1700℃的氮气气氛炉内保温12-14h。