一种固体蓄热材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于高温材料领域，尤其涉及一种固体蓄热材料及其制备方法和应用。其原料按重量份数配比组成如下：铁矿石5‑95份、镁铁砖5‑50份、铁鳞5‑20份、碳化硅除尘粉5‑20份，氮化铝1‑20份，氮化铍1‑5份，硼泥0.5‑5份，六偏磷酸钠1‑2.5份，镁铝高温胶结剂1‑2份和水1‑4份。该材料成本低廉，高比热，根据不同的配料比来调节导热系数的高低，从而适应不同的蓄热设备的需求。

Solid heat accumulation material, preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of high temperature materials, in particular to a solid heat storage material, a preparation method and an application thereof. The composition of its raw materials according to the weight ratio is as follows: 5 iron ore 95, magnesium iron brick 5 50 copies, 20 copies of 5 millscale, silicon carbide dust 5 20 copies, 20 copies of the 1 aluminum nitride, beryllium nitride 1 5 copies, 5 copies of the 0.5 boron mud, six metaphosphate 1 sodium 2.5 mg, 1 high temperature cementing agent 2 and water 1 4. The material is low in cost and high in specific heat, and the thermal conductivity is adjusted according to different ingredients ratio, so as to meet the requirements of different heat storage equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种固体蓄热材料及制备方法和应用
本专利技术属于高温材料领域，尤其涉及一种固体蓄热材料及其制备方法和应用。
技术介绍
近几年，随着我国各地雾霾天气的现象日益加剧，降低甚至消除PM2.5指数成为环保部门的工作重点，雾霾天气不仅给人民日常生活带来诸多的不便，同时严重危害人们的身体健康。研究表明，PM2.5有6个重要来源，分别是土壤尘、燃煤、生物质燃烧、汽车尾气与垃圾焚烧、工业污染和二次无机气溶胶，其中燃煤占比约为18%。燃煤污染对雾霾天气的形成产生了巨大的影响。为了减少冬季燃煤污染、改善空气质量，我国北方许多城市开始推广“煤改电”，并且一系列政策补贴也相应出炉，激励相关行业将研发热点转向于“煤改电”政策中。固体电蓄热设备已经得到广泛应用，其中以固体电蓄热采暖器和固体电蓄热锅炉为主，与此同时，固体蓄热砖的市场需求量越来越大。据不完全统计，全国的蓄热砖需求量每年会达到40万吨，随着国家“煤改电”政策的逐步落实，这个数字会持续增加。目前，现有的固体蓄热材料主要成分为氧化镁，按照目前的生产工艺从菱镁石矿加工到氧化镁蓄热砖，已经不能满足现有的市场需求，而且现有蓄热砖，200℃的导温系数为2.8w/㎡.s，热量释放过快，固体蓄热电暖器不能满足白天的放热需求。900℃的导温系数为0.9w/㎡.s，在高温段800-1000℃时，人为干预下的热量释放很不理想。因此，针对不同的蓄热设备，提高或降低固体蓄热材料的导温性，降低成本，提高生产量成为该领域必须解决的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种新型的固体蓄热材料，该材料成本低廉，高比热，根据不同的配料比来调节导热系数的高低，从而适应不同的蓄热设备的需求。为了实现上述目的，本专利技术提供的蓄热材料，其原料按重量份数配比组成如下：铁矿石5-95份、镁铁砖5-50份、铁鳞5-20份、碳化硅除尘粉5-20份，氮化铝1-20份，氮化铍1-5份，硼泥0.5-5份，六偏磷酸钠1-2.5份，镁铝高温胶结剂1-2份和水1-4份。优选的，所述的镁铁砖的成分及重量分数配比为氧化镁84.2%，三氧化二铁8.6%，二氧化硅3.13%，氧化钙1.85%，三氧化二铝2.22%；优选水泥窑废旧镁铁砖。所述的镁铝高温胶结剂的成分及重量分数配比为氧化镁45%，三氧化二铝50.5%，二氧化硅2%，三氧化二铁1%，氧化钙1.5%。为了实现上述目的，本专利技术提供该蓄热材料的制备方法，具体包括以下步骤：按组成原料的重量份称取各原料，首先将铁矿石破碎成粒径为3-5mm颗粒，备用；将镁铁砖破碎成粒径不大于3mm的颗粒，备用；将碳化硅除尘粉研磨成粉，粒度为200目，备用；铁磷破碎成不大于5mm粒径，备用；合并上述制备的备用原料，然后加入其它原料，在60-120转/分条件下搅拌15-60min，使各原料充分混合；取混合料在600-800吨压力机下压制成砖坯，置于温度为200-240℃烘干窑内，烘干16小时，即得。所述固体蓄热材料应用于谷电蓄热设备。本专利技术的有益效果。本专利技术的蓄热材料成本低，生产周期短，具有高比热，热震稳定性好，使用寿命长等优点。本专利技术提供一种新型的固体蓄热砖，主要成分为铁矿石和废旧镁铁砖；由于铁矿石与水泥窑废旧镁铁砖头为300元/吨左右，成本低廉；不需要传统的高温烧成工艺，只需干燥后即可投入使用，生产周期短，产能达到每年几百万吨；根据不同设备的使用情况调节导热系数的高低，蓄热电暖气用蓄热砖，平均导热系数可由原来的8.5w/m.k降低到3.6w/m.k；高温蓄热锅炉用蓄热砖可由原来的9.2w/m.k提高到16.8w/m.k，增强人为操控性，从而满足工况的导温需求。废旧镁铁砖的主要成分为氧化镁，氧化镁含量可达到80%以上，在金属氧化物中，氧化镁的比热容是最高的，且耐高温，性能稳定，无毒，无味，无挥发，是理想的固体蓄热材料，但氧化镁的导热系数随温度的增加会急剧下降，在20-1200℃的范围内，导热系数高低相差近6倍；由常温下的13w/m.k变为2.2w/m.k；导热系数的急剧下降，导致高温固体电蓄热设备，在高温放热阶段人为干预的操控难度大大提高，存储的热量不能有效的释放。用废旧镁铁砖做为原料，不仅解决了工业废料对环境的污染，还可以变废为宝，降低固体蓄热材料的生产成本；添加铁矿石与铁鳞，可以有效的降低蓄热材料导热性能，使得中温固体电蓄热设备能够大大增加释放热量的时间；添加碳化硅除尘粉，可以提高蓄热材料的机械强度；添加氮化铝，可以显著的提高蓄热材料的导热性，弥补氧化镁在高温区段900-1100℃导热性能差的不足之处；添加硼泥，提高混合料的常温固化强度；添加氮化铍，提高蓄热材料的硬度，在高速热风循环工况中无粉尘剥落；辅以中高温机械强度较好的六偏磷酸钠和镁铝胶结剂复合型结合剂，使混合料成坯干燥后，在中高温区段，不仅保证了比热，导热，还拥有很好的机械强度与硬度，从而达到设备工况长周期的蓄放热需求。固体电蓄热设备在用的蓄热砖主要成分为氧化镁，由于氧化镁的导热性在高温与低温偏差很大，100℃蓄热镁砖的导热系数为13.5w/m.k，1000℃蓄热镁砖的导热系数为3.2w/m.k，使得其低温段热量放释放过快，达不到理想的放热时长，比如蓄热电暖气；蓄热7-8个小时，放热时长只有10小时左右。有很大一部分热量因为蓄热体导热性的问题，而没有存储到蓄热体里面，通过蓄热体达到保温材料层，大大增加了热损耗，造成了电能的二次浪费。采用本专利技术的蓄热材料，通过调节配方比例，可以生产符合电暖气用的低导热蓄热材料，既能达到蓄热温度，又能持久均匀的释放热量，同等质量的蓄热砖，在同样输出功率的前提下，本专利技术的蓄热砖可持续放热15小时，放热时长显著提升。在高温固体蓄热器中，现有电热热源，镍铬丝、铁铬铝、硅碳棒等普遍温度都可以超过1200℃，但蓄热砖最高温只能做到800℃；如果升到1000℃以上，蓄热砖的导温系数只有0.5w/㎡.k；需要热量的时候，释放不出来，人为干预效果极差，取热难的问题一直没有理想的解决方法；采用本专利技术的蓄热材料，通过降低氧化镁含量，混入高导热的氮化铝，导热系数为175w/m.k，可显著提高蓄热材料的导温性。由于高温段导热性的大大提高，使得人为干预的超控性显著提高，可使得该蓄热材料高温段能够在人为干预下迅速释放热量。本专利技术的蓄热材料采用多种工业废料为原料，原料来源广泛，生产工艺简单，周期短，易操作，可实现大批量生产；是替代现有固体蓄热材料的理想产品，解决了蓄热设备的低温放热快，高温取热难的问题，为高温蓄热设备的制造提供了前提保障，比如高温蓄热蒸汽炉。提高了热量释放效率，节约了电能，有效避免了能源的二次浪费。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做详细的说明。实施例1。固体蓄热材料，其组成原料的重量份为：铁矿石30份、水泥窑废旧镁铁砖10份、氮化铝10份、铁鳞10份、碳化硅除尘粉20份、氮化铍2份、硼泥2份，六偏磷酸钠2.5份，镁铝高效胶结剂1.4份和水2.8份。固体蓄热材料的制备方法，包括以下步骤。（1）按组成原料的重量份称取各原料，首先将铁矿石、矿热炉炉底废料破碎成粒径3-5mm颗粒，备用；（2）水泥窑废旧镁铁砖破碎成粒径1-3mm的颗粒，备用；（3）碳化硅除尘粉研磨成粉，细度200目，备用；（4）铁磷破碎成1-5mm粒径，备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体蓄热材料，其特征在于，其原料按重量份数配比包括：铁矿石5‑95份、镁铁砖5‑50份、铁麟5‑20份、碳化硅除尘粉5‑20份，氮化铝1‑20份，氮化铍1‑5份，硼坭0.5‑5份，六偏磷酸钠1‑2.5份，镁铝高温胶结剂1‑2份和水1‑4份。

【技术特征摘要】
1.一种固体蓄热材料，其特征在于，其原料按重量份数配比包括：铁矿石5-95份、镁铁砖5-50份、铁麟5-20份、碳化硅除尘粉5-20份，氮化铝1-20份，氮化铍1-5份，硼坭0.5-5份，六偏磷酸钠1-2.5份，镁铝高温胶结剂1-2份和水1-4份。2.如权利要求1所述的固体蓄热材料，其特征在于，所述的镁砖的成分及重量分数配比为氧化镁84.2%，三氧化二铁8.6%，二氧化硅3.13%，氧化钙1.85%，三氧化二铝2.22%；所述的镁砖优选水泥窑废旧镁铁砖。3.如权利要求1所述的固体蓄热材料，其特征在于，所述的镁铝高温胶结剂的成分及重量分数配比为氧化镁45g，三氧化二铝50.5g，二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洪茂，崔学政，关彦，郭建，付丽，付刚，苏德华，
申请(专利权)人：辽宁中镁控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21