[發(fā)明專利]一種鋯酸鐵鋇蓄熱材料、制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710432860.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN107266085B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛群虎;高云琴;楊曉鳳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/66
• 分類號(hào): C04B35/66;C04B35/48;C04B35/622;C09K5/00
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 孫雅靜

本發(fā)明公開了一種鋯酸鐵鋇蓄熱材料、制備方法及其應(yīng)用，該蓄熱材料主要由鋯酸鋇和硅酸鐵組成；該蓄熱材料以鋯英石砂、軋鋼鐵皮(鐵鱗)為原料，添加鉛鋅尾礦中精選的重晶石為增重原料，通過配料、化學(xué)組成、礦物組成和燒成溫度、氣氛的控制，制備出導(dǎo)熱性能好、體積密度大、蓄熱量大、軟化溫度高、表面致密瓷化抗侵蝕性能優(yōu)良的換熱材料。一種蓄熱材料的制備方法包括以下步驟：步驟一、原料的選取及化學(xué)、礦物組成控制；步驟二、蓄熱材料的配料計(jì)算；步驟三、蓄熱材料成型坯料制備、成型；步驟四、干燥和燒成。高導(dǎo)熱高蓄熱材料的制備方法簡單，蓄熱量大、換熱快、熱風(fēng)溫度高、使用壽命長，生產(chǎn)成本低。可綜合利用工業(yè)廢渣，環(huán)保效果顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高溫結(jié)構(gòu)材料行業(yè)，是熱工設(shè)備中用于高溫?zé)煔鉄崮芑厥論Q熱裝置中使用的一種鋯酸鐵鋇蓄熱材料、制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

蓄熱式換熱器在很多工業(yè)過程中都有應(yīng)用，燃燒中助燃空氣的預(yù)熱就是一個(gè)典型的應(yīng)用領(lǐng)域，例如：焦?fàn)t、玻璃熔窯、熱風(fēng)爐等。蓄熱式換熱器的原理是利用燃燒后排放煙氣中的熱能，用于預(yù)熱助燃空氣，從而達(dá)到燃燒低品位燃料、提高燃燒過程的熱效率、實(shí)現(xiàn)更高的燃燒反應(yīng)溫度等目的。

蓄熱式換熱器通過多通道高溫結(jié)構(gòu)材料的短暫能量儲(chǔ)存，將熱量從一種流體傳遞給另外一種流體。首先，在習(xí)慣上稱為加熱周期的時(shí)間內(nèi)，下部被預(yù)熱氣體進(jìn)氣閥關(guān)閉，熱氣流從蓄熱式換熱器中的蓄熱材料上部的不同通道流過，熱量從氣流傳遞到蓄熱材料，氣流溫度降低，蓄熱材料溫度升高，溫度降低的熱氣流從蓄熱式換熱器下部進(jìn)入煙道排放。加熱周期結(jié)束時(shí)，蓄熱式換熱器上部熱氣流進(jìn)氣閥關(guān)閉，下部被預(yù)熱氣體進(jìn)氣閥打開，氣體流動(dòng)方向進(jìn)行切換，冷流體(助燃空氣)流經(jīng)蓄熱體。在冷卻周期，流體從蓄熱式換熱器的蓄熱材料吸收熱量，供燃燒的助燃空氣被加熱。因此，對(duì)于常規(guī)的流向變換，蓄熱體內(nèi)的蓄熱材料交替性的與冷熱流體進(jìn)行換熱。重復(fù)上述過程，有兩套并列設(shè)備或同一設(shè)備中具有兩套并列蓄熱體通道同時(shí)工作就能使換熱連續(xù)進(jìn)行。

蓄熱式換熱器中的蓄熱材料多為耐火材料，如：高爐熱風(fēng)爐中選用的有硅質(zhì)、高鋁質(zhì)和粘土質(zhì)六孔或八孔格子磚，玻璃熔窯蓄熱室使用的電熔鋯剛玉十字型格子磚、致密粘土磚等蓄熱材料。蓄熱式換熱器中的蓄熱材料要求是：一是導(dǎo)熱性能好，即被加熱和放熱速度快，熱氣流從底部排除溫度低，頂部被加熱助燃空氣溫度高，能源利用率高；二是熱容量大，即比熱容大，體積密度高；三是熱震穩(wěn)定性好，抗腐蝕，不軟化變形。

目前應(yīng)用的硅質(zhì)、高鋁質(zhì)、電熔鋯剛玉和粘土質(zhì)蓄熱材料存在問題是導(dǎo)熱系數(shù)低，換熱慢；體積密度低，蓄熱量小。硅質(zhì)蓄熱材料的體積密度不超過1.95g/cm³,1000℃導(dǎo)熱系數(shù)約為1.74w/m.k；高鋁制品體積密度不超過2.85g/cm³,1000℃導(dǎo)熱系數(shù)約為2.30w/m.k；高致密粘土磚體積密度不超過2.30g/cm³,1000℃導(dǎo)熱系數(shù)約為1.28w/m.k；電熔鋯剛玉蓄熱材料生產(chǎn)成本極高。高導(dǎo)熱高蓄熱材料的發(fā)明提高了蓄熱式換熱器的換熱效率，提高了能源利用率。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，本發(fā)明目的在于利用尾礦提取物，提供一種鋯酸鐵鋇蓄熱材料、制備方法及其應(yīng)用，取代目前的耐火蓄熱材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

一種鋯酸鐵鋇蓄熱材料，包括氧化硅、氧化亞鐵、氧化鋇和氧化鋯。

具體的，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，氧化硅為12％～14％，氧化亞鐵為28％～30％，氧化鋇為30％～32％，氧化鋯為24％～26％。

或者，氧化硅和氧化亞鐵以鐵橄欖石礦物相的形式存在，鐵橄欖石礦物相含量為38％～42％；所述的氧化鋇和氧化鋯以鋯酸鋇礦物相的形式存在，鋯酸鋇礦物相含量為52％～56％。

還可以，按質(zhì)量百分比計(jì)，鐵橄欖石礦物相中氧化硅為29％～30％，氧化亞鐵為70％～71％，兩者百分比之和為100％；