CN113277882B - 一种用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆及其制浆方法、用途 - Google Patents

一种用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆及其制浆方法、用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆及制备方法，所述按料浆质量百分数计，包含如下组分：铬刚玉微粉30～40％，分散剂0.5～1.0wt％，结合剂0.5～4wt％，增稠剂1.0～1.5wt％、消泡剂0.1～0.5wt％和去离子水余量，所述铬刚玉微粉粒径不大于0.074μm，本发明制得的铬刚玉料浆用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性后，挂浆率为15～20wt％，牢固度＞99.93％，改性涂层致密且改性后试样的抗渣性能优良，易于实现延长蜂窝陶瓷蓄热体使用寿命的目的。

Description

一种用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆及其制浆方 法、用途
技术领域
本发明属于陶瓷表面改性技术领域，涉及改性料浆的制备，尤其涉及一种用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆及其制浆方法、用途。
背景技术
蓄热体是蓄热式燃烧系统的重要组成部分，它通过蓄热体的蓄热与放热，利用烟气余热来预热助燃空气，可以有效提高工业炉窑热效率，达到高效节能的目的[Wen-Da O,2018]。蜂窝陶瓷蓄热体具有蜂窝体体积小、换热与节能效果好、便于实现自动化控制、配套设备简单等优点，是结构较合理、换热效率较高的一种蓄热体。由于其特殊的使用环境，蜂窝陶瓷蓄热体服役时间短的主要原因有：(1)未去除掉的杂质随高炉煤气进入蜂窝体，当杂质含量大时会造成蜂窝体堵塞；(2)高炉煤气中的Fe2O3等气体会侵蚀蜂窝陶瓷，反应所形成的化合物附着在内壁从而进一步加剧孔眼堵塞，甚至使蓄热体变形。目前，延长蓄热体使用寿命的改进措施主要有：调整空燃比，减缓高温段蓄热体与铁氧化物反应的低熔点物质生成，从而延缓蓄热体积灰堵塞；在煤气蓄热室内加抖动式滤灰网；预热段、加热段采用堇青石、莫来石质蓄热体，均热段采用刚玉-莫来石质蓄热体；引入添加剂或对蓄热体进行改性，增强其力学性能和抗侵蚀能力等[Al-Harbi O A,et al,2015]。因此，开发出使用寿命长的新型蜂窝陶瓷蓄热体具有重要的研究意义。
目前常采用在生产原料中添加铬刚玉粉等具有抗渣性能的物质来改善此问题，但是铬刚玉粉在混料过程中会产生扬尘污染环境并且大大增加了经济成本。基于此，本发明加入分散剂、结合剂和增稠剂，提供一种铬刚玉料浆的制浆配方，以及相应涂覆方法，用于蜂窝陶瓷蓄热体的表面改性，从而达到提高其使用寿命的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备过程简单，流变性能优良，改性涂层均匀致密牢固度高的用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆按质量百分数计，包含如下组分：铬刚玉微粉(粒径≤0.074μm)30～40％，分散剂0.5～1.5wt％，结合剂0.5～4wt％，增稠剂1.0～1.5wt％、消泡剂0.1～0.5wt％和去离子水余量。
优选地、所述分散剂为高分子聚合物聚丙烯酰胺、聚羧酸盐、聚丙烯酸及其钠盐、羟甲基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。
优选地、所述结合剂为高分子聚合物木质素磺酸盐、木质素磺酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸铵中的至少一种。
优选地、所述增稠剂为水溶性纤维素类甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的至少一种。
优选地、所述消泡剂为聚醚类、改性硅、聚醚改性硅消泡剂中的至少一种。
一种用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆的制备方法，包含如下步骤：(1)将配方量的有机添加剂均匀溶解到去离子水中，搅拌升温至完全溶解得混合液；(2)向混合液中依次加入配方量的铬刚玉微粉、消泡剂，将磁力搅拌器预热到30～50℃，采用30～40r/min搅拌30～50min，制得铬刚玉料浆；(3)将料浆浸渍涂覆在蜂窝陶瓷蓄热体进行表面改性。
所述的涂覆料浆的方法，其特征在于：将蜂窝陶瓷生坯试样浸渍在制得的铬刚玉料浆中，取出后静置，排除孔洞中的残余料浆，重复2～5次，置于80～100℃烘箱干燥1～3h后，在1300～1380℃实验室箱式电炉中煅烧2～4h。
为探究采用所制得的铬刚玉料浆表面改性后蜂窝陶瓷蓄热体抗渣性能特点，步骤如下：
(1)将需要测试的样品加工成外形尺寸60mm×60mm×90mm，内径尺寸为D30mm×40mm的坩埚试样；
(2)接着向坩埚试样加入适量预先配制的实验渣，放入石墨坩埚后接着放入莫来石匣钵并在周围填充上石墨粉；
(3)将装有试样的匣钵按顺序放入箱式电阻炉，加热至1350℃～1420℃保温2～3h。
(4)将侵蚀后的试样沿径向切开，根据改性前后试样抗渣实验后的显微结构对比分析试样的抗侵蚀能力。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、本发明制得的铬刚玉料浆用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性后，挂浆率为15～20wt％，牢固度＞99.93％，改性涂层致密且改性后试样的抗渣性能优良，易于实现延长蜂窝陶瓷蓄热体使用寿命的目的。
2、采用铬刚玉微粉为原料，加入少量工业上应用广泛的添加剂制备改性料浆，原料易于获得，经济成本低。
3、采用简单易行的浸渍涂覆法对蜂窝陶瓷蓄热体进行表面改性，整个制备过程在室温下完成，无需加热，节省了能源，使整个制备过程非常简单快捷，且无需特殊设备，过程重复性好，利于大规模制备的实现。
合成时间短，无需添加其他化合物。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中实施例1所得铬刚玉料浆的流变性图；
图2为本发明具体实施方式中实施例2所得采用铬刚玉料浆改性后试样表面的扫描电镜图；
图3为本发明具体实施方式中实施例2所得采用铬刚玉料浆改性后试样断面的扫描电镜图。
具体实施方式
为突出本发明的实施目的、技术方案和结构优点，下面结合附图及本发明实例中的技术方案做详细描述，所描述的实例是本发明的一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将铬刚玉微粉球磨筛分，获得粒径≤0.074μm的粉料。按表1的配方称取原料、外加剂和蒸馏水并置于烧杯中，将磁力搅拌器预热到30℃，30～40r/min搅拌30～50min，测试其流变性能。(图1：最佳配方的铬刚玉料浆流变性图)。
表1流变性测试试样配方(wt％)
Figure GDA0003633609430000041
实施例2
将蜂窝陶瓷生坯试样浸渍在制得的铬刚玉料浆中，取出后静置，排除孔洞中的残余料浆，重复2～5次，称量浸渍前后试样的质量，分别记为m1和m2，计算挂浆率＝[(m2-m1)/m1]*100％。置于80～100℃烘箱干燥1～3h；将干燥后的生坯试样在1300～1400℃实验室箱式电炉中煅烧1～4h。在扫描电镜下观察改性后试样表面涂层的显微结构。(图2：铬刚玉料浆改性后试样表面的扫描电镜图；图3：铬刚玉料浆改性后试样断面的扫描电镜图；表1：采用铬刚玉料浆浸渍后生坯试样和制品的挂浆率)
实施例2所得采用铬刚玉料浆浸渍后生坯试样和制品的挂浆率见下表2
表2
Figure GDA0003633609430000042
实施例3
称量表面改性烧后试样的质量记为M1，将试样置于烧杯中，加入蒸馏水没过试样，放入超声波清洗仪中震荡30～60min，取出后在80～100℃下干燥12～24h，称量试样的质量记为M2，计算改性涂层的牢固度＝M2/M1*100％。
实施例3用铬刚玉料浆浸渍后生坯试样和制品表面改性涂层的牢固度见下表3
表3
Figure GDA0003633609430000051
本发明制得的铬刚玉料浆流变性好，挂浆率高，原料储量丰富，经济成本低，且制备过程简单快捷，无需特殊设备，过程重复性好，易于实现大规模制备。此外，还研究了铬刚玉料浆浸渍涂覆在蜂窝陶瓷蓄热体表面改性后，挂浆率为15～20wt％，牢固度＞99.93％，改性涂层致密且改性后试样的抗渣性能优良，易于实现延长蜂窝陶瓷蓄热体使用寿命的目的，实用性广泛。
最后声明的是：以上详细描述的仅用于本发明的实施方案，而并非对本发明专利范围内的限制。需要指出的是，本领域的普通技术人员在本发明的构思范围内进行若干变形和修改，或者对其中的部分技术特征进行相关替换，这些都属于本发明的保护范围。上述专利保护范围以所附权利要求为准最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神及范围。

Claims (8)

1.一种用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆，其特征在于：按质量百分数计，包含如下组分：铬刚玉微粉30～40％，分散剂0.5～1.0wt％，结合剂0.5～4wt％，增稠剂1.0～1.5wt％、消泡剂0.1～0.5wt％和去离子水余量，所述铬刚玉微粉粒径不大于0.074μm。
2.根据权利要求1所述的改性料浆，其特征在于：所述分散剂为高分子聚合物聚羧酸盐、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、羟甲基纤维素、聚乙烯醇中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的改性料浆，其特征在于：所述结合剂为高分子聚合物三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸铵中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的改性料浆，其特征在于：所述消泡剂为聚醚类、改性硅中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的改性料浆，其特征在于：所述增稠剂为水溶性纤维素类甲基纤维素。
6.一种制备权利要求1-5任一项所述的用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：(1)将配方量的分散剂、结合剂、增稠剂均匀溶解到去离子水中，搅拌升温至完全溶解得混合液；(2)向混合液中依次加入配方量的铬刚玉微粉、消泡剂，将磁力搅拌器预热到30～50℃，采用30～40r/min搅拌30～50min，制得铬刚玉料浆；(3)将料浆浸渍涂覆在蜂窝陶瓷蓄热体进行表面改性。
7.根据权利要求6所述的用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性铬刚玉料浆的制备方法，其特征在于：将蜂窝陶瓷生坯试样浸渍在制得的铬刚玉料浆中，取出后静置，排除孔洞中的残余料浆，重复2～5次，置于80～100℃烘箱干燥1～3h后，在1300～1380℃实验室箱式电炉中煅烧2～4h。
8.根据权利要求1所述的改性料浆的用途，其特征在于：所述铬刚玉料浆用于蜂窝陶瓷蓄热体表面改性，是在工业热风炉蓄热体中的应用。
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