一种加热炉高辐射率节能辐射体及其制备方法
技术领域
本发明属于加热炉辐射体技术领域，涉及一种加热炉高辐射率节能辐射体及其制备方法。
背景技术
在我国，工业窑炉的能耗约占全国工业能耗的60％，占全国总能耗量的25％。但是，我国目前工业窑炉的热效率平均不到30％，而国际上工业窑炉热效率的平均值为50％以上。因此，工业窑炉的节能具有相当大的潜力。目前工业窑炉的节能方法与节能技术主要有高效燃烧技术、余热回收与利用、新炉型结构、红外辐射基体改进等。红外辐射基体改进作为工业窑炉中的一项节能新技术，在工业窑炉中应用可收到良好的节能效果，可延长工业窑炉使用寿命、减轻炉窑维护工作量，降低工业窑炉运行成本。此外，通过强化炉内辐射传热，改善炉内加热的温度均匀性，提高炉子的热效率及产品的加热质量，因而深受人们的关注。因而，加热炉高辐射率节能辐射体作为工业窑炉节能中的一种新材料，具有强大的生命力和广泛的应用前景。
但是随着工业的飞速发展，人们对现有的加热炉高辐射率节能辐射体的辐射性能提出了更高的要求，由于加热炉高辐射率节能辐射体的工作环境为高温工业窑炉，长期使用存在热稳定性差，容易形变或开裂的不足，甚至使加热炉高辐射率节能辐射体报废，大大影响了工业窑炉的生产及经济效益。
发明内容
本发明提出一种加热炉高辐射率节能辐射体及其制备方法，解决了现有技术中加热炉高辐射率节能辐射体热稳定性差，容易形变或开裂的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种加热炉高辐射率节能辐射体，按质量份数计，包括：20-30份碳化硅，40-55份填料，15-20份钛酸锶，1-2份硼化铬，4-10份氮化铝，8-15份二氧化锆，8-10份膨润土，3-6份粘结剂，40-50份苯丙乳液。
一种加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法，包括以下步骤：
A、按照上述一种加热炉高辐射率节能辐射体的配方，称取各个组分备用；
B、将步骤A中称取的碳化硅、填料、钛酸锶、硼化铬、氮化铝、二氧化锆、膨润土研磨至细度为50-100目，然后依次加入粘结剂和苯丙乳液，得到混合浆料；
C、将步骤B得到的混合浆料升温至1200-1300℃进行首次烧制，烧制24-36h后，继续升温至1500-1700℃二次烧制，二次烧制15-20h，保温3-4h，然后降温至800℃保温3-6h，最后降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
进一步地，还包括2-5份铌酸锂钠，6-10份氮化硼。
进一步地，所述填料包括20-30份三氧化二铁，10-12份氧化铝，5-10份二氧化钛，8-15份氧化钙，5-25份二氧化硅。
进一步地，所述粘结剂包括质量比为1:1的硅酸钠、硅溶胶。
进一步地，按质量份数计，包括：25份碳化硅，50份填料，18份钛酸锶，1份硼化铬，5份氮化铝，9份二氧化锆，9份膨润土，6份粘结剂，48份苯丙乳液，3份铌酸锂钠，8份氮化硼。
进一步地，所述填料包括25份三氧化二铁，11份氧化铝，8份二氧化钛，12份氧化钙，20份二氧化硅。
一种加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法，包括以下步骤：
A、按照上述一种加热炉高辐射率节能辐射体的配方，称取各个组分备用；
B、将步骤A中称取的碳化硅、填料、钛酸锶、硼化铬、氮化铝、二氧化锆、膨润土、铌酸锂钠、氮化硼研磨至细度为50-100目，然后依次加入粘结剂和苯丙乳液，得到混合浆料；
C、将步骤B得到的混合浆料升温至1200-1300℃进行首次烧制，烧制24-36h后，继续升温至1500-1700℃二次烧制，二次烧制15-20h，保温3-4h，然后降温至800℃保温3-6h，最后降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
上述加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法中：
进一步地，所述步骤C首次烧制的升温速率为10-15℃/min，二次烧制的升温速率为30-50℃/min。
进一步地，所述步骤C降温至800℃的过程中，降温速率5-8℃/min；降温至室温的降温速率在15-25℃/min。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中通过对加热炉高辐射率节能辐射体的配方合理优化设计，结合制备烧制方法的精准参数控制，制得的加热炉高辐射率节能辐射体的耐火度在2280-2425℃，将加热炉高辐射率节能辐射体加热至1600℃，然后置于室温的水中急冷81-105次，加热炉高辐射率节能辐射体才出现裂纹，辐射率在0.98-0.99，抗折强度在308-311MPa，解决了现有技术中加热炉高辐射率节能辐射体热稳定性差，容易形变或开裂的问题。
2、本发明中通过采用钛酸锶、二氧化锆与碳化硅、填料、硼化铬、氮化铝、膨润土复配，提高了加热炉高辐射率节能辐射体的耐火度和热稳定性，长期使用不容易形变或开裂，同时提高了辐射率性能；在此基础上加入的铌酸锂钠、氮化硼复配协同，进一步提高了加热炉高辐射率节能辐射体的耐火度和热稳定性。
3、本发明加热炉高辐射率节能辐射体制备方法中采用两次烧制的方法：首次烧制的升温速率为10-15℃/min，烧制24-36h后，继续升温至1500-1700℃二次烧制，二次烧制的升温速率为30-50℃/min，二次烧制15-20h，保温3-4h，相比于直接升温，一次烧制的方法，预料不到的提高了加热炉高辐射率节能辐射体的抗折强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种加热炉高辐射率节能辐射体，按质量份数计，包括：20份碳化硅，55份填料，15份钛酸锶，2份硼化铬，4份氮化铝，15份二氧化锆，8份膨润土，6份粘结剂，40份苯丙乳液；粘结剂包括质量比为1:1的硅酸钠、硅溶胶；填料包括30份三氧化二铁，10份氧化铝，10份二氧化钛，8份氧化钙，25份二氧化硅。
一种加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法，包括以下步骤：
A、按照上述加热炉高辐射率节能辐射体的配方，称取各个组分备用；
B、将步骤A中称取的碳化硅、填料、钛酸锶、硼化铬、氮化铝、二氧化锆、膨润土研磨至细度为50目，然后依次加入粘结剂和苯丙乳液，得到混合浆料；
C、将步骤B得到的混合浆料升温至1300℃进行首次烧制，首次烧制的升温速率为10℃/min，烧制36h后，继续升温至1500℃二次烧制，二次烧制的升温速率为50℃/min，二次烧制15h，保温4h，然后降温至800℃保温3h，降温至800℃的过程中，降温速率8℃/min，最后采用15℃/min的降温速率降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
实施例2
一种加热炉高辐射率节能辐射体，按质量份数计，包括：30份碳化硅，40份填料，20份钛酸锶，1份硼化铬，10份氮化铝，8份二氧化锆，10份膨润土，3份粘结剂，50份苯丙乳液；粘结剂包括质量比为1:1的硅酸钠、硅溶胶；填料包括20份三氧化二铁，12份氧化铝，5份二氧化钛，15份氧化钙，5份二氧化硅。
一种加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法，包括以下步骤：
A、按照上述加热炉高辐射率节能辐射体的配方，称取各个组分备用；
B、将步骤A中称取的碳化硅、填料、钛酸锶、硼化铬、氮化铝、二氧化锆、膨润土研磨至细度为100目，然后依次加入粘结剂和苯丙乳液，得到混合浆料；
C、将步骤B得到的混合浆料升温至1200℃进行首次烧制，首次烧制的升温速率为15℃/min，烧制24h后，继续升温至1700℃二次烧制，二次烧制的升温速率为30℃/min，二次烧制20h，保温3h，然后降温至800℃保温6h，降温至800℃的过程中，降温速率5℃/min，最后采用25℃/min的降温速率降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
实施例3
一种加热炉高辐射率节能辐射体，按质量份数计，包括：20份碳化硅，40份填料，20份钛酸锶，2份硼化铬，4份氮化铝，8份二氧化锆，10份膨润土，6份粘结剂，40份苯丙乳液，还包括2份铌酸锂钠，10份氮化硼；粘结剂包括质量比为1:1的硅酸钠、硅溶胶；填料包括30份三氧化二铁，10份氧化铝，5份二氧化钛，15份氧化钙，25份二氧化硅。
一种加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法，包括以下步骤：
A、按照上述加热炉高辐射率节能辐射体的配方，称取各个组分备用；
B、将步骤A中称取的碳化硅、填料、钛酸锶、硼化铬、氮化铝、二氧化锆、膨润土、铌酸锂钠、氮化硼研磨至细度为80目，然后依次加入粘结剂和苯丙乳液，得到混合浆料；
C、将步骤B得到的混合浆料升温至1200℃进行首次烧制，首次烧制的升温速率为10℃/min，烧制36h后，继续升温至1700℃二次烧制，二次烧制的升温速率为30℃/min，二次烧制15h，保温4h，然后降温至800℃保温6h，降温至800℃的过程中，降温速率5℃/min，最后采用15℃/min的降温速率降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
实施例4
一种加热炉高辐射率节能辐射体，按质量份数计，包括：25份碳化硅，50份填料，18份钛酸锶，1份硼化铬，5份氮化铝，9份二氧化锆，9份膨润土，6份粘结剂，48份苯丙乳液，还包括3份铌酸锂钠，8份氮化硼；粘结剂包括质量比为1:1的硅酸钠、硅溶胶；填料包括25份三氧化二铁，11份氧化铝，8份二氧化钛，12份氧化钙，20份二氧化硅。
一种加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法，包括以下步骤：
A、按照上述加热炉高辐射率节能辐射体的配方，称取各个组分备用；
B、将步骤A中称取的碳化硅、填料、钛酸锶、硼化铬、氮化铝、二氧化锆、膨润土、铌酸锂钠、氮化硼研磨至细度为100目，然后依次加入粘结剂和苯丙乳液，得到混合浆料；
C、将步骤B得到的混合浆料升温至1250℃进行首次烧制，首次烧制的升温速率为12℃/min，烧制30h后，继续升温至1600℃二次烧制，二次烧制的升温速率为40℃/min，二次烧制18h，保温3.5h，然后降温至800℃保温5h，降温至800℃的过程中，降温速率7℃/min，最后采用20℃/min的降温速率降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
实施例5
一种加热炉高辐射率节能辐射体，按质量份数计，包括：30份碳化硅，55份填料，15份钛酸锶，1份硼化铬，10份氮化铝，15份二氧化锆，8份膨润土，3份粘结剂，50份苯丙乳液，还包括5份铌酸锂钠，6份氮化硼；粘结剂包括质量比为1:1的硅酸钠、硅溶胶；填料包括20份三氧化二铁，10份氧化铝，10份二氧化钛，15份氧化钙，5份二氧化硅。
一种加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法，包括以下步骤：
A、按照上述加热炉高辐射率节能辐射体的配方，称取各个组分备用；
B、将步骤A中称取的碳化硅、填料、钛酸锶、硼化铬、氮化铝、二氧化锆、膨润土、铌酸锂钠、氮化硼研磨至细度为50目，然后依次加入粘结剂和苯丙乳液，得到混合浆料；
C、将步骤B得到的混合浆料升温至1300℃进行首次烧制，首次烧制的升温速率为15℃/min，烧制24h后，继续升温至1500℃二次烧制，二次烧制的升温速率为50℃/min，二次烧制20h，保温3h，然后降温至800℃保温3h，降温至800℃的过程中，降温速率8℃/min，最后采用25℃/min的降温速率降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
实施例6
与实施例1相比，区别仅在于加热炉高辐射率节能辐射体的配方中还包括4份铌酸锂钠，7份氮化硼；
一种加热炉高辐射率节能辐射体的制备方法，包括以下步骤：
A、按照上述加热炉高辐射率节能辐射体的配方，称取各个组分备用；
B、将步骤A中称取的碳化硅、填料、钛酸锶、硼化铬、氮化铝、二氧化锆、膨润土、铌酸锂钠、氮化硼研磨至细度为50目，然后依次加入粘结剂和苯丙乳液，得到混合浆料；
C、将步骤B得到的混合浆料升温至1300℃进行首次烧制，首次烧制的升温速率为10℃/min，烧制36h后，继续升温至1500℃二次烧制，二次烧制的升温速率为50℃/min，二次烧制15h，保温4h，然后降温至800℃保温3h，降温至800℃的过程中，降温速率8℃/min，最后采用15℃/min的降温速率降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
实施例7
与实施例6相比，区别仅在于未加入铌酸锂钠。
实施例8
与实施例6相比，区别仅在于未加入氮化硼。
对比例1
与实施例1相比，区别仅在于未加入钛酸锶和二氧化锆。
对比例2
与实施例1相比，区别仅在于未加入钛酸锶。
对比例3
与实施例1相比，区别仅在于未加入二氧化锆。
对比例4
与实施例4相比，区别仅在于步骤C：将步骤B得到的混合浆料升温至1600℃烧制，烧制的升温速率为40℃/min，烧制18h，保温3.5h，然后降温至800℃保温5h，降温至800℃的过程中，降温速率7℃/min，最后采用20℃/min的降温速率降温至室温，得到加热炉高辐射率节能辐射体。
将上述实施例1～8以及对比例1～4中的加热炉高辐射率节能辐射体进行了耐火度、热稳定性、耐用程度、辐射率、抗老化性、使用寿命进行测定，测定方法、测定结果如下：
1、耐火度
按照GB/T%207322-2017耐火材料耐火度试验方法进行。
2、热稳定性
将加热炉高辐射率节能辐射体加热至1600℃，然后置于室温的水中急冷，当加热炉高辐射率节能辐射体出现裂纹时，记录急冷的次数，作为指标来比较判定加热炉高辐射率节能辐射体的热稳定性。
3、辐射率
按照ASTM%20C1371标准，对加热炉高辐射率节能辐射体根据ASTM%20C1371程序使用辐射率测试仪器测得辐射率。
4、抗折强度
按照GBT%203001-2017耐火材料常温抗折强度试验方法测定加热炉高辐射率节能辐射体的抗折强度。
表1实施例1～8以及对比例1～4性能数据
由上表1可知，本发明配方和制备方法得到的加热炉高辐射率节能辐射体的耐火度在2280-2425℃，将加热炉高辐射率节能辐射体加热至1600℃，然后置于室温的水中急冷81-105次，加热炉高辐射率节能辐射体才出现裂纹，辐射率在0.98-0.99，抗折强度在308-311MPa，其中实施例1采用钛酸锶、二氧化锆与其他组分复配，而对比例1中未采用钛酸锶、二氧化锆，对比例2、对比例3中单独采用钛酸锶或二氧化锆与其他组分复配，制备得到的加热炉高辐射率节能辐射体耐火度、热稳定性和辐射率均有所下降，可见本发明中通过采用钛酸锶、二氧化锆与碳化硅、填料、硼化铬、氮化铝、膨润土复配，提高了加热炉高辐射率节能辐射体的耐火度、热稳定性，同时提高了辐射率。
实施例6采用铌酸锂钠和氮化硼与钛酸锶、二氧化锆、碳化硅、填料、硼化铬、氮化铝、膨润土复配，而实施例1中未加入铌酸锂钠和氮化硼，实施例7和实施例8中单独采用铌酸锂钠或氮化硼，所制备得到的加热炉高辐射率节能辐射体的耐火度和热稳定性均有所下降，可见本发明中通过铌酸锂钠和氮化硼与钛酸锶、二氧化锆、碳化硅、填料、硼化铬、氮化铝、膨润土复配，进一步提高了加热炉高辐射率节能辐射体的耐火度和热稳定性。
对比例4中制备方法将步骤B得到的混合浆料直接升温至1600℃烧制，烧制的升温速率为40℃/min，烧制18h，保温3.5h，而实施例4中采用两次烧制的方法：首次烧制的升温速率为10-15℃/min，烧制24-36h后，继续升温至1500-1700℃二次烧制，二次烧制的升温速率为30-50℃/min，二次烧制15-20h，保温3-4h，由表1可以看出，对比例4与实施例4相比，制备的加热炉高辐射率节能辐射体的抗折强度有明显下降，可见本发明中采用两次烧制的方法，预料不到的提高了加热炉高辐射率节能辐射体的抗折强度。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
