CN107602090B - 中铝承重陶瓷条梁制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了中铝承重陶瓷条梁制备方法，先将40‑50wt%氧化铝、10‑20%wt%宜春高岭土、5‑15 wt%石英粉、20‑35wt%废瓷粉、5‑10wt%长石粉、1‑3硅灰石按比例球磨混合得到基料，将占基料重量3‑5%的纳米级稀土粉末材料和基料重量0.001‑0.003%的纳米级石墨稀粉末经球磨混合得到石墨稀‑稀土增强料，在基料加入方解石粉和广东黑泥制成块状泥料，经挤压成型，自然干燥、高温烧制而成。本发明不仅具有高的耐酸碱腐蚀性，且具有高的抗压强度和抗折强度、具有稳定安全、低阻、低耗、气流分布均匀和高效的特点，可提高酸产量12%以上，增加使用寿命5年以上，材料成本下降了20%。

Description

中铝承重陶瓷条梁制备方法

技术领域

本发明涉及一种制酸工业干燥吸收塔中使用的条梁，尤其是涉及中铝承重陶瓷条梁及其制备方法。

背景技术

在制酸工业干燥吸收塔中需要使用条梁来支撑填料和催化剂等，由于干燥吸收塔工作条件十分恶劣，条梁不仅需要有良好的耐酸碱、腐蚀和耐高温性能，而且在上述条件下要具有较高的抗压和抗折强度。目前条梁大都呈1米以上的细长条状并采用普通陶瓷材料制成，普通陶瓷条梁开孔率较小、抗压和抗折强度低，抗折强度在120MPa以下，达不到技术要求200 MPa的技术要求，因而在实际生产中容易造成条梁局部损坏而导致事故发生，甚至停产，工作热稳定性低，增加了维修工作量，降低了产能，提高了生产成本。为了提高普通条梁的强度，人们往往把条梁尺寸做大做厚，这样不仅增加塔负载，提高了建造成本，且会影响了开孔率，降低了设备的运行效率。当前人们使用高铝梁作为塔设备条梁，虽然其抗压和抗折强度好，可以满足使用技术要求，但高铝条梁中氧化铝含量高一般在85%以上，其原料成本高，且烧制温度在1650度以上、烧制时间长达30小时以上，烧制成本高，且条梁烧制收缩性大（收缩性达20%），脆性高，易断裂，抗冲击能力低，使用寿命短。

发明内容

针对现有技术中普通条梁在强度上不及高铝条梁，只能把尺寸做大做厚，影响了开孔率，降低了设备的运行效率。而高铝条梁在强度和尺寸上虽能满足塔设备技术要求，但由于价格高，提高了工程造价，用户接受存在难度，因此开发出既能满足塔设备工程技术要求，又能降低工程价格的中铝承重陶瓷条梁是当今急需要解决的技术问题。

本发明提供了一种不仅耐酸碱、腐蚀和耐高温，而且具有高的开孔率、抗压强度和抗折强度，而且断裂韧性好，耐冲击，抗震性强，使用寿命长，能提高产能，降低生产成本和工和工程造价的中铝承重陶瓷条梁制备方法。

本发明所述制备方法步骤是：

1、先将40-50wt%氧化铝、10-20%wt%宜春高岭土、5-15 wt%石英粉、20-35wt%废瓷粉、5-10wt%长石粉、1-3wt%硅灰石按比例球磨混合得到基料，

2、将占基料重量3-5%的纳米级稀土粉末材料和占基料重量0.001-0.003%的纳米级石墨稀粉末经球磨混合得到中间料，再在中间料中加入适量的水和硅烷偶联剂加热搅拌，喷雾干燥后，再送入炉中在氮气氛围下加热到700-800℃下保温2-3小时并经粉碎250目过筛得到石墨稀-稀土增强料，

3、在基料中加入占基料重量1-3%的方解石粉和占基料重量0.5-2%的广东黑泥，并加适量水球磨搅拌均匀得到熟料，在0.3-0.5MPa空气压力下将占基料重量0.3-1%的增强料喷入熟料中，再经球磨混合搅拌制成块状泥料，

4、将块状泥料陈腐10天以上，再在真空练泥机中挤压成型制成条梁坯体，

5、将条梁坯体用薄膜包覆自然凉干不少于30天，使条梁坯体水份小于3%，

6、再将凉干的条梁坯体置入热风炉中干燥不少于20天，使条梁坯体干燥至水份0.2%以下制成半成品条梁，

7、再将半成品条梁置入高温梭式窑中，先加热至500-600℃后保温2-3小时，再升温至1400-1500℃保温4-5小时后冷却出炉。

本发明的主要技术指标：

体积密度（g/cm3）：≥2.2， 吸水率（%）：≤0.2，

抗压强度（MPa）： ≥240，抗折(弯)强度（MPa）：≥65，

耐酸度（%）：≥99.8，热稳定性（220-20℃）：三次不裂。

本发明所述中铝承重陶瓷条梁制备方法，是在中铝陶瓷的熟料中通过以喷雾弥散的方式加入增强料，制得中铝承重陶瓷条梁，所述中铝承重陶瓷条梁不仅耐高温、高机械强度、耐酸碱腐蚀性强，而且断裂韧性好，脆性低，既可满足条梁的机械强度技术要求，又可提高热稳定性和抗冲击性，降低施工材料成本，延长使用寿命。

本发明所用的增强料由纳米级（50-100nm）稀土粉末材料和少量的石墨稀粉经加热溶解、喷雾干燥、氮气保护烧成和粉碎过筛制成，再喷入到中铝陶瓷的熟料中，使增强料微粒晶须填充在基料晶粒之间的空隙内，高温烧结后基料晶粒间的界面上能形成由增强料晶须形成的网状韧性骨架，当基料受力作用时，晶粒之间就产生相对较大的位移，从而提高了基料晶粒的弹性模量和断裂韧性，使中铝承重陶瓷条梁不仅能够具有高的机械强度，高的耐酸碱腐蚀性，而且具有较好的断裂韧性，低脆性和好的抗冲击性。

本发明所术中铝陶瓷条梁中氧化铝含量40-50%，仅为高铝承重陶瓷条梁三氧化铝含量的50%，所述稀土（RE）粉末材料为三氧化二钇粉末（Y₂O₃）或三氧化钪粉末（Sc₂O₃）。

本发明的技术创新在于改进制备工艺方法。通过长时间的选配，确定原料配方制出泥料，将泥料长时间陈腐后再进行真空挤压成型，并采取长时间自然凉干和烘干以及分段加热保温烧制的办法，既解决了现有长条状陶瓷条梁（长度为2米以上）机械强度低，长条状陶瓷条梁在制备过程中易变形，在使用中易开裂等问题，又解决了现有高铝承重陶瓷条梁脆性大，冲击抗震性差的问题， 所述废瓷粉土中平均含有46.5%的SiO₂和39.5%的Al₂O₃ 。所述宜春高岭土为江西省宜春市出产。

所述硅灰石主要成份为CaCO3，其中SiO₂含量为51.7%、是一种三斜晶系的细板状晶体，它能有效减少坯体收缩，降低坯体吸湿性，防止坯体后期开裂，降低介电损失，加快烧结成熟速度，防低单位制品热损耗。

所述广东黑泥具有高粘性、高白度和易分散的特点，所述羧甲基纤维素可形成高粘度的胶体，具有粘性、增稠和乳化分散的特点。

本发明所述条梁为2000～2100×65×264mm的长块状。

本发明不仅具有高的耐酸碱、腐蚀性，而且具有高的抗压强度和抗折强度、高的开孔率，能适用高的气速要求，减少条梁使用数量，在强酸介质中工作具有稳定安全、低阻、低耗、气流分布均匀和高效的特点，可提高酸产量12%以上，增加使用寿命5年以上，虽然增加了石墨稀材料，但由于氧化铝含量大大降低，而石墨稀加入量极少，又加入了废瓷粉，综合计算其材料成本下降了10-20%，从而实现高产低耗。

具体实施方式

实施例1，本发明所述制备方法步骤是：

a、先将45wt%氧化铝、15%wt%宜春高岭土、10wt%石英粉、22wt%废瓷粉、6wt%长石粉、2wt%硅灰石按比例球磨混合得到基料，

b、将占基料重量4%的纳米级稀土粉末材料和基料重量0.002%的纳米级石墨稀粉末经球磨混合得到中间料，再在中间料中加入适量的水和硅烷偶联剂（kh-550）加热搅拌，喷雾干燥后，再送入炉中在氮气氛围下加热到700-800℃下保温2-3小时经粉碎250目过筛得到石墨稀-稀土增强料，

c、在基料中加入占基料重量3%的方解石粉和占基料重量2%的广东黑泥，并加适量水球磨搅拌均匀得到熟料，在0.3-0.5MPa空气压力下将占基料重量0.5%的增强料喷入熟料中，再经球磨混合搅拌制成块状泥料，

d、将块状泥料陈腐10天以上，再在真空练泥机中挤压成型制成条梁坯体，

e、将条梁坯体用薄膜包覆自然凉干不少于30天，使条梁坯体水份小于3%，

f、再将凉干的条梁坯体置入热风炉中干燥不少于20天，使条梁坯体干燥至水份0.2%以下制成半成品条梁，

g、再将半成品条梁置入高温梭式窑中，先加热至500-600℃后保温2-3小时，再升温至1400-1500℃保温4-5小时后冷却出炉。

实施例1中所述中铝陶瓷条梁主要技术指标：

体积密度（g/cm3）：2.35， 吸水率（%）：0.15，

抗压强度（MPa）： 289，抗折强度（MPa）：108，

耐酸度（%）：99.9，热稳定性（220-20℃）：三次不裂。

实施例2，本发明所述制备方法步骤是：

a、先将40wt%氧化铝、15% wt%宜春高岭土、5wt%石英粉、30wt%废瓷粉、9wt%长石粉、1wt%硅灰石按比例球磨混合得到基料，

b、将占基料重量3%的纳米级稀土粉末材料和基料重量0.001

%的纳米级石墨稀粉末经球磨混合得到中间料，再在中间料中加入适量的水和硅烷偶联剂加热搅拌，喷雾干燥后，再送入炉中在氮气氛围下加热到700-800℃下保温2-3小时经粉碎250目过筛得到石墨稀-稀土增强料，

c、在基料中加入占基料重量2%的方解石粉和占基料重量1%的广东黑泥，并加适量水球磨搅拌均匀得到熟料，在0.3-0.5MPa空气压力下将占基料重量0.7%的增强料喷入熟料中，再经球磨混合搅拌制成块状泥料，

d、将块状泥料陈腐10天以上，再在真空练泥机中挤压成型制成条梁坯体，

e、将条梁坯体用薄膜包覆自然凉干不少于30天，使条梁坯体水份小于3%，

f、再将凉干的条梁坯体置入热风炉中干燥不少于20天，使条梁坯体干燥至水份0.2%以下制成半成品条梁，

g、再将半成品条梁置入高温梭式窑中，先加热至500-600℃后保温2-3小时，再升温至1400-1500℃保温4-5小时后冷却出炉。

实施例2中所述中铝陶瓷条梁主要技术指标：

体积密度（g/cm3）：2.29， 吸水率（%）：0.16，

抗压强度（MPa）： 302，抗折强度（MPa）：101，

耐酸度（%）：99.8，热稳定性（220-20℃）：三次不裂。

Claims (1)

1.中铝承重陶瓷条梁制备方法，其特征在于：所述方法步骤是：

a、先将40-50wt%氧化铝、10-20%wt%宜春高岭土、5-15wt%石英粉、20-35wt%废瓷粉、5-10wt%长石粉、1-3wt%硅灰石按比例球磨混合得到基料，

b、将占基料重量3-5%的纳米级稀土粉末材料和基料重量0.001-0.003%的纳米级石墨稀粉末经球磨混合得到中间料，再在中间料中加入适量的水和硅烷偶联剂加热搅拌，喷雾干燥后，再送入炉中在氮气氛围下加热到700-800℃下保温2-3小时经粉碎250目过筛得到石墨稀-稀土增强料，所述稀土粉末材料为三氧化二钇粉末或三氧化二钪粉末，

c、在基料中加入占基料重量1-3%的方解石粉和占基料重量0.5-2%的广东黑泥，并加适量水球磨搅拌均匀得到熟料，在0.3-0.5MPa空气压力下将占基料重量0.3-1%的石墨稀-稀土增强料喷入熟料中，再经球磨混合搅拌制成块状泥料，

d、将块状泥料陈腐10天以上，再在真空练泥机中挤压成型制成条梁坯体，

e、将条梁坯体用薄膜包覆自然凉干不少于30天，使条梁坯体水份小于3%，

f、再将凉干的条梁坯体置入热风炉中干燥不少于20天，使条梁坯体干燥至水份0.2%以下制成半成品条梁，

g、再将半成品条梁置入高温梭式窑中，先加热至500-600℃后保温2-3小时，再升温至1400-1500℃保温4-5小时后冷却出炉。