CN1316400A - 蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方及成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于蓄热式燃烧装置的蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方及成型工艺。其原料配方按重量百分比计为堇青石40～70%，硅线石5～15%，红柱石10～20%和锆英石15～35%。其成型工艺是采用热压灌浆成型工艺。本发明的产品性能优于现有的普通氧化铝球，其成型工艺适用于生产陶瓷球和陶瓷蜂窝体。

Description

蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方及成型工艺
本发明涉及一种用于蓄热式燃烧装置的蓄热元件及其生产工艺，特别是一种蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方及成型工艺。
众所周知，蓄热式燃烧装置由蓄热式烧嘴、蓄热体和四通换向阀等组成。蓄热体起蓄热和放热作用，它由金属壳体安置蓄热元件构成。蓄热元件有陶瓷球和陶瓷蜂窝体两种。
美国专利USP4598054介绍了一种蜂窝体的陶瓷材料由20～80％的堇青石粉料与20～80％固溶结晶相粉料混合制成，其化学成份为：SiO215.7～44％,Al2O329.8～41.9％,Fe2O30.9～8.3％,TiO270～35.9％和MgO4.9～16.1％。其中含Fe2O3太高，易结渣；TiO2含量高达35.9％，大大增加原料成本。许多中小型冶金企中广泛采用手工成型的普通氧化铝球，其水冷次数(耐急冷急热性指标)仅有12～18次。
本发明的目的在于提供一种蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方及成型工艺，提高蓄热元件的产品性能，既适用于生产陶瓷蓄热球，又适用于生产陶瓷蜂窝体。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方，其特征在于按重量百分比计，原料配方为：堇青石40～70％，硅线石5～15％，红柱石10～20％，锆英石15～24％。
上述的原料配方中还可以含有按重量百分比计莫来石5～10％和高岭土2～8％。
上述原料的化学成分按重量百分比计为：
堇青石：Al2O333～36％,MgO12～16％,SiO248～52％,FeO3≤0.5％；
硅线石：Al2O353～57％,SiO238～42％,FeO3≤1.0％；
红柱石：Al2O356～60％,SiO235～40％,FeO3≤1.5％；
锆英石  ZrO260～65％,SiO230～35％,Al2O3≤1.0％。
原料配方中莫来石和高岭土的化学成分按重量百分比计为：
莫来石：Al2O370～72％,SiO226～28％,FeO3≤1.0％；
高岭土：Al2O335～38％,SiO246～50％,FeO3≤1.5％。
一种上述蓄热式陶瓷球和蜂窝体的成型工艺，其特征在于工艺步骤为：(1)原料制备：各原料组成分别细磨至粒径≤0.0645mm，然后按选定的配比将细磨后的各原料组成进行混合；(2)在120℃的烘箱内烘粉；(3)和蜡制成蜡饼备用；(4)蜡饼热压铸成型；(5)素烧脱蜡；(6)烧结；(7)成品检验。
上述原料制备工艺步骤中，原料细磨用的球石为95#陶瓷，原料与球石的比例为1∶1.2～1.8；各原料组成进行混合时，按重量计加入0.2～0.4％的油酸，混合球磨2.5～3.5小时；在120℃烘箱内烘粉时间为3.5～4.5小时。
上述制成蜡饼工艺步骤是：将石蜡熬至160℃以上，蜡比为14～18％，加入0.4～0.8％的油酸，与原料一起置于和蜡机上快速搅拌均匀，冷却成蜡饼。
上述蜡饼热压铸成型工艺步骤是：蜡饼加热至70℃左右熔化后慢速搅拌0.8～1.2小时，加入至保温65～70℃的铸机浆桶，在0.5～0.8Mpa空气压力下，压铸成型，5秒钟后脱模，修去进浆孔，剔除不足品。
上述素烧脱蜡工艺步骤是：将热压铸成型的毛坯充分拌和吸附剂，装入辅助高铝钵内，经1000～1100℃素烧50～70小时，排除石蜡结合剂，出窑后清除吸附剂；烧结工艺步骤是：经脱蜡处理后的半成品，装入匣钵内入窑，在1350±20℃下烧结，保温3～5小时后冷却出窑。
上述成品检验工艺步骤是：按窑为单位取样进行抗热震性测试，若有90％的样品抗热震次数≥35次，则该批产品为合格品，并按常规方法检测产品的耐火度、荷重软化点、体积密度、比热和导热系数。
本发明与现有技术相比较，具有如下突出特点和显著优点：(1)本发明产品的原料采用热膨胀系数小及耐急冷急热性能好的堇青石、硅线石和红柱石为主要原料，使得本产品耐热震性能远优于普通氧化铝球，普通氧化铝球耐急冷急热次数为12～18次，而本发明产品耐急冷急热次数≥35次甚至高达60次。本发明产品的比热容要高于普通氧化铝球，当温度为1200℃时，高铝球的Cp=0.2672Kcal/kg℃，而本发明产品实测Cp=0.299Kcal/kg℃。本发明产品适用于1000～1200℃高温条件使用，尤其适宜于做蓄热燃烧技术中的高温蓄热元件。(2)本发明产品系热压灌浆成型，其常温耐压强度远高于滚动成型的普通氧化铝球。本发明的陶瓷球和蜂窝体均依靠模子压制成型，产品尺寸精确度比普通氧化铝球高得多，本产品球径公差仅为±0.2mm，而普通氧化铝球径公差为±1.5mm。本发明在生产陶瓷球和陶瓷蜂窝体，除了成型模子不同之外，原料配方和生产工艺完全一样，而氧化铝球的原料及生产工艺只适于生产蓄热陶瓷球，不能制造蜂窝体。
实施例：
本例的蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方按重量百分比计为堇青石50％，硅线石10％，红柱石15％，锆英石15％，莫来石6％和高岭土4％。原料的质量是控制其化学成分，即控制原料的化学成分按重量百分比计为：堇青石：Al2O333～36％,MgO12～16％,SiO248～52％,FeO3≤0.5％；硅线石：Al2O353～57％,SiO238～42％,FeO3≤1.0％；红柱石：Al2O356～60％,SiO235～40％,FeO3≤1.5％；锆英石  ZrO260～65％,SiO230～35％,Al2O3≤1.0％；莫来石：Al2O370～72％,SiO226～28％,FeO3≤1.0％；高岭土：Al2O335～38％,SiO246～50％,FeO3≤1.5％。
本蓄热式陶瓷球和蜂窝体的成型工艺是：按下述工艺步骤进行：(1)原料制备：各原料组成分别细磨至粒径≤0.0645mm，原料细磨用的球石为95#陶瓷，原料与球石的比例为1∶1.5；按选定的配比将细磨后的各原料组成进行混合，按重量计加入0.3％的油酸，混合球磨3小时；(2)在120℃烘箱内烘粉，烘粉时间为4小时。(3)和蜡制成蜡饼备用：将石蜡熬至160℃以上，蜡比为16％，加入0.6％的油酸，与原料一起置于和蜡机上快速搅拌均匀，冷却成蜡饼。(4)蜡饼热压铸成型：蜡饼加热至70℃左右熔化后慢速搅拌1小时，加入至保温65～70℃的铸机浆桶，在0.6Mpa空气压力下，压铸成型，5秒钟后脱模，修去进浆孔，剔除不足品。(5)素烧脱蜡：将热压铸成型的毛坯充分拌和吸附剂，装入辅助高铝钵内，经1100℃素烧60小时，排除石蜡结合剂，出窑后清除吸附剂。(6)烧结：经脱蜡处理后的半成品，装入匣钵内入窑，在1350±20℃下烧结，保温4小时后冷却出窑。(7)成品检验：剔除外观不合格品后，按窑为单位，取样做抗热震性试验(1100℃水冷或风冷)，每次取样100个试样，分为2份，一份测试，一份留样，经测试后，若有90％的样品抗热震次数≥35次，则该批产品合格。并按常规方法测试产品的耐火度、荷重软化点、体积密度、比热和导热系数。
本例产品经测试结果如下：耐急冷急热性次数(加热至1100℃水冷)＞35次，耐火度为1730℃，显气孔率为33.9％，体积密度为1.97g/cm3，常温抗压强度为：φ20mm球6520N,φ16mm球5940N,φ10mm球4520N。其导热系数、导温系数和其比热见下表：
实验温度(℃) 导热系数λ(W/w·K) 导温系数a(厘米2/秒)     真比热Cp焦耳/千克·℃(卡克·)℃
    100  0.920  0.00610     857.72(0.205)
200 0.984 0.00573 979.06(0234)
    300  1.0  0.00548     1041.82(0.249)
    400  1.013  0.00536     1079.47(0.258)
    500  1.021  0.00524     1111.69(0.266)
    600  1.030  0.00519     1133.86(0.271)
    700  1.038  0.00515     1150.60(0.275)
    800  1.047  0.00513     1163.15(0.278)
    900  1.067  0.00511     1192.44(0.285)
   1000  1.083  0.00510     1213.36(0.290)
   1100  1.097  0.00509     1230.10(0.294)
   1200  1.114  0.00508     1251.00(0.299)

Claims (10)

1．一种蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方，其特征在于按重量百分比计，原料配方为：
堇青石    40～70％
硅线石    5～15％
红柱石    10～15％
锆英石    15～35％
2．根据权利要求1所述的蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方，其特征在于按重量百分比计，原料配方中还含有莫来石5～10％和高岭土2～8％。
3．根据权利要求1所述的蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方，其特征在于原料的化学成分按重量百分比计为：
堇青石：Al2O333～36％,MgO12～16％,SiO248～52％,FeO3≤0.5％；
硅线石：Al2O353～57％,SiO238～42％,FeO3≤1.0％；
红柱石：Al2O356～60％,SiO235～40％,FeO3≤1.5％；
锆英石  ZrO260～65％,SiO230～35％,Al2O3≤1.0％。
4．根据权利要求2所述的蓄热式陶瓷球和蜂窝体的原料配方，其特征在于原料配方中莫来石和高岭土的化学成分按重量百分比计为：
莫来石：Al2O370～72％,SiO226～28％,FeO3≤1.0％；
高岭土：Al2O335～38％,SiO246～50％,FeO3≤1.5％。
5．一种根据权利要求1所述蓄热式陶瓷球和蜂窝体的成型工艺，其特征在于工艺步骤为：(1)原料制备：各原料组成分别细磨至粒径≤0.0645mm，然后按选定的配比将细磨后的各原料组成进行混合；(2)在120℃烘箱内烘粉；(3)和蜡制成蜡饼备用；(4)蜡饼热压铸成型；(5)素烧脱蜡；(6)烧结；(7)成品检验。
6．根据权利要求5所述蓄热式陶瓷球和蜂窝体的成型工艺，其特征在于原料制备工艺步骤中，原料细磨用的球石为95#陶瓷，原料与球石的比例为1∶1.2～1.8；各原料组成进行混合时，按重量计加入0.2～0.4％的油酸，混合球磨2.5～3.5小时；在120℃烘箱内烘粉时间为3.5～4.5小时。
7．根据权利要求5所述蓄热式陶瓷球和蜂窝体的成型工艺，其特征在于和蜡制成蜡饼工艺步骤是：将石蜡熬至160℃以上，蜡比为14～18％，加入0.4～0.8％的油酸，与原料一起置于和蜡机上快速搅拌均匀，冷却成蜡饼。
8．根据权利要求5所述蓄热式陶瓷球和蜂窝体的成型工艺，其特征在于蜡饼热压铸成型工艺步骤是：蜡饼加热至70℃左右熔化后慢速搅拌0.8～1.2小时，加入至保温65～70℃的铸机浆桶，在0.5～0.8Mpa空气压力下，压铸成型，5秒钟后脱模，修去进浆孔，剔除不足品。
9．根据权利要求5所述蓄热式陶瓷球和蜂窝体的成型工艺，其特征在于素烧脱蜡工艺步骤是：将热压铸成型的毛坯充分拌和吸附剂，装入辅助高铝钵内，经1000～1100℃素烧50～70小时，排除石蜡结合剂，出窑后清除吸附剂；烧结工艺步骤是：经脱蜡处理后的半成品，装入匣钵内入窑，在1350±20℃下烧结，保温3～5小时后冷却出窑。
10．根据权利要求5所述蓄热式陶瓷球和蜂窝体的成型工艺，其特征在于成品检验工艺步骤是：按窑为单位进行抗热震性测试，若有90％的样品抗热震次数≥35次，则该批产品为合格品，并按常规方法检测产品的耐火度、荷重软化点、体积密度、比热和导热系数。
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