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蜂窝蓄热体原材料的发展趋势分析

发布日期: 2019-09-04 09:24:07    阅读量(130)    作者:刘梓明

蓄热体材料的发展过程

国内自采用蜂窝陶瓷作为蓄热式加热炉的蓄热体后,蓄热体材料先后经历了以堇青石、堇青石一莫来石堇青石-莫来石、莫来石为主要成分的演变过程,这3种材质蓄热体的基本性能如表1所示。

表1 几种材料蜂窝蓄热体的基本性能

堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)的热膨胀系数小,热震稳定性能好,因此,最先作为蜂窝蓄热体材料得到应用。但是,堇青石的烧成范围很窄,一般为1250~1350℃,若烧结温度偏低,堇青石形成不充分,材料热膨胀系数增大,热震稳定性下降;若烧结温度偏高。堇青石则会分解成莫来石和玻璃相,影响其热震稳定性;因而,堇青石质蜂窝蓄热体的制备工艺要求严格;尽管堇青石的耐火度高达1450℃以上,但长期使用温度仅为1100℃,因此,仅适应温度相对较低的低温侧使用,否则,将出现熔损、塌缩与堵塞问题。

堇青石-莫来石质蜂窝蓄热体面临的问题与堇青石质蓄热体几乎一样的问题,也是耐高温性能差,甚至更为严重。因为堇青石还不是MgO、Al2O3、SiO2三元系统中熔点最低的矿相,如果堇青石和莫来石的比例不当,将在1355℃条件下出现大量液相,恶化了材料的耐火性能。

相对堇青石而言,莫来石的热震稳定性较差,但高温性能优良,若材料配方、生产工艺合理,可以获得性能优良的莫来石质蓄热体,满足高温使用条件的需要;同时,与堇青石相比,莫来石具有密度和比热容大的特点,因而其蓄热能力也大,有利于减小蓄热室的体积,便于蓄热式燃烧系统的安装布置。因此,莫来石质材料已成为目前蓄热式燃烧系统中的蓄热体的主导材料,并在实际生产中得到大量应用。

蓄热体材料的发展趋势

根据上述对国内蓄热体材料的研究综述,目前国内开展的蓄热材料研究的目的主要集中在如何延长蓄热体使用寿命方面,材料的体系均为铝2硅系,主要是通过纯化材料的组成和提高Al2O3含量来提高蓄热体使用温度和抗渣性能,通过不同的增韧措施来改善热震稳定性能,并在实验研究条件下,取得了优良的研究效果。但在蓄热体材料的热物理性能,研究力度不大。作为一种蓄热材料,其热物理性能将直接影响到其蓄热效果和蓄热式燃烧系统最终使用效果,因此,有必要从改善蓄热效果方面进一步开展研究。

由陶瓷用相关原材料性能可知,Si3N4材料具有优良的高温性能,特别是在非氧化性气氛下,是相关原材料中使用性能最好的材料,同时,具有优良的热震稳定性能,因此,有利于延长蓄热体的使用寿命,但其价格昂贵。由于刚玉材料热震稳定性差,因此,至今也未能在蓄热体上得到应用,但为了不断提高蓄热体的使用寿命和抗渣性能,目前已开展了实验研究,并采取陶瓷增韧技术,在实验室条件下获得了热震稳定性优良的高氧化铝含量的材料。SiC材料具有优良的高温性能、热震稳定性能、抗侵蚀性能,能满足蓄热体长寿命的要求,同时,具有很高热导率、高辐射率和较大的密度的特点,因此,具有优良的蓄热性能,是高效蓄热体材料的一种重要的原材料;但由于其高温抗氧化性能差,目前还未开展相应的研究,但SiC质材料作为耐火材料的原材料应得到广泛的应用,抑制SiC质材料的高温氧化技术也在实践中得到验证,由此可见,随着蓄热体材料研究的不断发展以及高效蓄热体材料要求的不断提高,SiC质原材料将成为蓄热体的一种具有发展前途的原材料。

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