专利名称：碳化硅莫来石质蓄热体复合材料及其制备方法蓄热式高温空气燃烧(简称HTAC)是一项具有节能和环保双重功效的新型燃烧 技术，蓄热体是蓄热式燃烧器的关键部件，广泛用于钢铁、机械、建材、石化和有色金属冶炼 等行业的各种加热炉、热风炉、热处理炉、裂解炉、烘烤器、融化炉、均化炉和油气锅炉等窑 炉中，该技术通过换向装置，使两个蓄热室交替吸热放热，最大限度地回收烟气中的热量， 再将助燃空气和煤气加热到1000°c以上，即使低热值的劣质燃料(如高炉煤气)也能实现 稳定着火和高效燃烧，可节省燃料40-70%，产量提高15%以上，钢坯氧化烧损下降40%以 上，氮氧化物(NOx)排放量小于lOOppm，烟气排放温度低于160°C，大大有利于降低地球的 温室效应。如果全国大多数工业窑炉都采用HTAC技术，其经济效益和社会效益不可估量， 将极大缓解能源紧缺状况，有效改善人类的生存环境。HTAC技术需主要考虑以下几个方面蓄热体的蓄热能力、换热速度、热震稳定性、 抗氧化性、腐蚀性、压力损失和经济性等。目前国内蜂窝体的使用寿命较低，加热炉的蜂窝 体使用寿命一般为3 6个月，甚至出现使用一周就大量碎裂的情况，用于钢包烘烤器上的 蓄热体因烟气温度低使用寿命而有所增加。蓄热体在使用过程中经常出现的问题主要有 熔化、软化、破裂、堵塞和腐蚀等，其中蓄热体材料的抗热震稳定性差是最常出现的问题。造 成以上问题的原因主要有以下三点(1)材料问题蜂窝体长期工作在急冷急热、还可能带有腐蚀性气体的恶劣环境 中，经常承受高温和内、外温差变化而引起的应力作用。这种工作环境对蓄热体材料提出了 苛刻要求。为了增加蓄热量，减小蓄热室的体积，需要增加蓄热体的密度。但抗热震稳定性 与密度在一定程度上互相排斥，即密度越高，抗热震稳定性越差。在使用过程中，蓄热体与 气流进行热交换，一些带有腐蚀性的气体和颗粒对蜂窝体产生不利影响。比如，氧化铁颗粒 会降低铝硅材质的软熔温度，使蜂窝体熔化而堵死气孔；酸性气体会对蜂窝体产生腐蚀作 用；微小颗粒会附着在蜂窝体表面而堵塞气体通道等。(2)偏流问题蓄热室内热交换过程大致如下在排烟阶段，烟气流经蜂窝体时将 显热储存在蜂窝体中，加热蜂窝体；在燃烧阶段，空气(或煤气)流经蜂窝体时被加热，余热 被重新带回炉内。在以上任一阶段，如果气体在蓄热室内出现偏流，经若干次换向后容易导 致蜂窝体局部高温而产生热应力。当产生的温度应力超出其承受极限时，蜂窝体就会破裂。(3) “二次燃烧”问题蓄热式燃烧系统的空气喷口和煤气喷口一般都是相互独立 的，这样有利于形成炉内低氧气氛，拓展火焰边界，形成均勻的温度场，提高加热质量和减 少氮氧化物的排放。但是空气和煤气两股射流的速度、交角和距离的最佳值很难把握，处理 不当则容易造成炉内局部煤气燃烧不充分，而其它地方氧气还有剩余。这些烟气在被吸入 蓄热室时，空气和煤气会重新接触产生“二次燃烧”，放出的热量可以完全被蜂窝体吸收，尽管没有造成能量损失，但局部高温很容易使蜂窝体熔化而失效。
本发明要解决的技术问题提供一种蓄热量高、强度高、热震稳定性高、抗化学腐 蚀性好的碳化硅莫来石质蓄热体复合材料；还提供了该碳化硅莫来石质蓄热体复合材料的制备方法。本发明的技术方案一种碳化硅莫来石质蓄热体复合材料，由下述重量百分比的原料组成黑碳化硅 粉75-85%，莫来石粉14-20%，金属硅粉1_3%，红柱石粉1_4%，高岭土 1_4%，上述原料 总量为100% ；外加占上述原料3-5%的羟丙基纤维素、4-6%的桐油、1-3%的甘油和 15-18% 的水。所述黑碳化硅粉包括150目的黑碳化硅粉22-27%、250目的黑碳化硅粉37-42%、 325目的黑碳化硅粉12-17% ；所述莫来石粉为14-18%，粒度180-240目；所述金属硅粉 为1-1.5%，粒度250目；所述红柱石粉为1_2%，粒度180目；所述高岭土为1_2%，粒度 200-220 目。所述羟丙基纤维素为3-4%、桐油4-5%、甘油1-1. 5%、水15-16%。所述金属硅粉要求硅含量> 97%、钙含量< 0. 30%、铁含量< 0. 70%。所述黑碳化硅为石油焦碳化硅，其中含SiC 95-97%，密度为3. 2-3. 25g/cm3。所述的碳化硅莫来石质蓄热体复合材料的制备方法，包括以下步骤，按配方称取原料，将主料黑碳化硅粉球磨2_3h，加入辅料莫来石粉、金属硅粉、红 柱石粉和高岭土，干混30-60min，加入羟丙基纤维素、桐油、甘油和水，湿混1-1. 5h，陈腐 8-10h，在真空练泥机进行粗炼泥；将粗炼泥后的泥条切割成片状，陈腐4-5h，进行精炼泥， 挤出成型，将毛坯烘干至含水量< 2%，装炉，在1350°C烧成。所述成型时压力为14_16MPa。所述将毛坯烘干分两次进行，先将毛坯用微波烘干至含水量< 10%，再用烘箱在 300-350°C下烘干至含水量彡2%。所述烧成温度设计为由室温经Ih升温至400°C，经1. 5h升温至600°C，经3h升 温至950°C，经5h升温至1200°C，再经3h升温至1350°C，在1350°C保温2h ；然后自然冷却 至 200"C。本发明的积极有益效果(1)本发明产品原料配伍合理，用量考究，产品性能优良。产品材质密度大、容重 小，能增加蓄热量，减少蓄热室体积；产品强度高，能适应高温下较大蓄热室的装载要求； 产品受热时膨胀均勻、热震稳定性好，荷重软化点高；产品高温蠕变值小，在1450°C、荷重 0. 2MPa、48h后的蠕变率< 0. 5%；产品硬度大，抗化学腐蚀性好，热导率高，同时具有很好的 抗氧化作用，特别适用于环境恶劣、蓄热室氧化腐蚀较为严重的场合，其使用寿命长比普通 莫来石质蓄热体长2 4倍。本发明产品的性能检测指标，如下表1。4 (2)本发明方法采用二次烘干工艺，第一次烘干采用微波，第二次烘干采用烘箱， 既能防止产品变形，又有利于降低成本；采用特别的烧成温度曲线烧成产品，可有效保证产 品的质量和性能稳定。(3)本发明产品可有效解决现有蜂窝蓄热体在使用过程中经常出现的熔化、软化、 破裂和腐蚀等问题，产品抗热震稳定性大大提高，有利于HTAC技术在工业窑炉中的应用， 将大大缓解能源紧缺的状况，有利于改善人类生存环境，将产生较好的经济和社会效益。制备方法按配方和粒度要求称取原料，将主料黑碳化硅粉球磨2h，加入辅料莫 来石粉、金属硅粉、红柱石粉和高岭土，干混50min，加入羟丙基纤维素、桐油、甘油和水，湿 混lh，陈腐9h，在真空练泥机进行粗炼泥；粗练结束后将泥条切割成片状再陈腐4-5h，然后 进行精炼泥，挤出成型，成型压力15-16MPa，用直径为0. 2-0. 3mm的钢丝切割成毛坯，将毛 坯微波烘干至含水量10%以下，再用烘箱在340°C下烘干至含水量2%以下，用金刚石锯片 切割，清理浮粉，装炉，在1350°C烧成。烧成时温度设计同实施例1。实施例6 碳化硅莫来石质蓄热体复合材料的原料组成150目的黑碳化硅粉 24%,250目的黑碳化硅粉38%、325目的黑碳化硅粉14%，180-240目的莫来石粉19%， 250目的金属硅粉2%，180目的红柱石粉1%，200-220目的高岭土 2%，上述原料总重为 100% ；外加占上述原料4%的羟丙基纤维素、4%的桐油、3%的甘油、15%的水。所述金属 硅粉和石油焦碳化硅的性能要求同实施例1。制备方法按配方和粒度要求称取原料，将主料黑碳化硅粉球磨3h，加入辅料莫 来石粉、金属硅粉、红柱石粉和高岭土，干混60min，加入羟丙基纤维素、桐油、甘油和水，湿 混lh，陈腐8. 5h，在真空练泥机进行粗炼泥；粗练结束后将泥条切割成片状再陈腐4-5h，然 后进行精炼泥，挤出成型，成型压力14-16MPa，用直径为0. 2-0. 3mm的钢丝切割成毛坯，将 毛坯微波烘干至含水量7%以下，再用烘箱在300-350°C下烘干至含水量2%以下，用金刚 石锯片切割，清理浮粉，装炉，在1350°C烧成。烧成时温度设计同实施例1。上述实施例中的产品经检测，性能指标均符合表1中的参数。
本发明涉及一种碳化硅莫来石质蓄热体复合材料及其制备方法，原料组成黑碳化硅粉75-85％，莫来石粉14-20％，金属硅粉1-3％，红柱石粉1-4％，高岭土1-4％，上述原料总量为100％；外加羟丙基纤维素、桐油、甘油和水。制备时先将黑碳化硅粉球磨，加入辅料，干混，再加入羟丙基纤维素、桐油、甘油和水，湿混，陈腐、炼泥；挤出成型，将毛坯烘干至含水量≤2％，装炉，在1350℃烧成。本产品材质密度大、容重小，能增加蓄热量，减少蓄热室体积；产品强度高，能适应高温下较大蓄热室的装载要求；受热时膨胀均匀、热震稳定性好，荷重软化点高；高温蠕变值小，硬度大，抗化学腐蚀性好，热导率高，同时具有很好的抗氧化作用，特别适用于环境恶劣、蓄热室氧化腐蚀较为严重的场合。