蜂窩陶瓷是一種多孔性的工業(yè)用陶瓷,其內(nèi)部造型是許多貫通的蜂窩形狀平行通道,這些蜂窩體單元由格子狀的薄的間壁分割而成。與一般的塊狀陶瓷相比,
蜂窩陶瓷具有比表面積大、壓降低、阻力小、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱膨脹性低、隔熱性好、重量輕、強度高等特點,因此特別適用于各種用途的催化劑載體。另外,由于流體可通過蜂窩陶瓷的間壁上的貫穿上下表面的空洞,所以可利用蜂窩陶瓷的間壁進行熱交換和化學(xué)反應(yīng)。目前,
蜂窩陶瓷廣泛應(yīng)用于窯爐蓄熱體、汽車尾氣凈化器、臭氧催化劑載體、冶金工業(yè)的熱交換和金屬液的過濾、化學(xué)工業(yè)的化學(xué)反應(yīng)載體及催化劑、采礦業(yè)的有毒氣體和液體的凈化處理、輕工業(yè)的噴涂以及建材工業(yè)的消聲材料和窯爐的隔熱材料。
蜂窩陶瓷的主要作用是降低廢氣熱損失,尤其是高爐煤氣的應(yīng)用范圍,蓄熱蜂窩陶瓷提高熱值燃料的利用率,減少低熱值煤氣的放散、改善爐膛熱交換條件,提高設(shè)備的產(chǎn)量和產(chǎn)品的質(zhì)量,減少設(shè)備投資、降低熱工設(shè)備單位產(chǎn)品的廢氣排放量及有害氣體的排放量,減少大氣污染,改善環(huán)境、 大限度提高燃料的利用率,降低單位能耗、提高理論燃燒溫度,改善燃燒條件,滿足熱工設(shè)備的高溫要求,擴大低熱值燃料,
蜂窩陶瓷蓄熱體選用不同材質(zhì)和規(guī)格的產(chǎn)品 、孔型薄、容重大、蓄熱量大、占用空間體積??;孔壁光滑、背壓小、 使用壽命長,不易渣蝕,粘蝕和高溫變形、 材質(zhì)多樣,可根據(jù)客戶和使用環(huán)境的不同、產(chǎn)量規(guī)格高,安裝時,蓄熱體之間排放整齊,錯位小、耐熱沖擊性佳,導(dǎo)熱性能好,機械強度大。 蜂窩陶瓷蓄熱體產(chǎn)品適用范圍:工業(yè)廢氣處理,火力發(fā)電廠的煙氣及NOX系統(tǒng),焚燒垃圾,化學(xué)工業(yè)和采礦業(yè)的有毒氣體凈化。用于冶金機械行業(yè)蓄熱式高溫燃燒技術(shù)。
蜂窩陶瓷可由多種材質(zhì)制成。主要材質(zhì)有: 堇青石、莫來石、鈦酸鋁、碳化硅、氧化鋯、氮化硅及堇青石一莫來石、堇青石一鈦酸鋁等復(fù)合基質(zhì)。蜂窩陶瓷已成為世界上重要的陶瓷產(chǎn)品之一。
一、蜂窩陶瓷的特點,蜂窩陶瓷除了陶瓷產(chǎn)品普遍具有的耐高溫、耐腐蝕、機械強度高等基本性能外,還擁有兩個重要的性能,這也是蜂窩陶瓷立足的根本:
1、阻力小。蜂窩陶瓷的氣孔呈直線貫通狀,大且規(guī)則,當(dāng)氣體或液體通過時,遇到的阻力非常小。從而在用作窯爐蓄熱體時,提高空氣流通速度,在較短時間積蓄和釋放熱量;用作反應(yīng)塔填料時可以減少空氣壓縮機的電耗;用作汽車尾氣凈化器時,可以減少發(fā)動機功率的損失。
2、比表面積大。與傳統(tǒng)球狀、環(huán)狀陶瓷產(chǎn)品相對,蜂窩陶瓷的比表面積要大得多。其它陶瓷產(chǎn)品只能通過增加花紋、打孔等工藝提高比表面積,而蜂窩陶瓷由于其自身特殊的形狀輕而易舉的實現(xiàn)了大比表面積。從而在充當(dāng)催化反應(yīng)載體和蓄熱體時,大大提高傳質(zhì)傳熱效率。 要充分發(fā)揮蜂窩陶瓷比表面積大的特點,行之有效的方法就是提高蜂窩陶瓷單位面積的孔數(shù)。從而蜂窩陶瓷問世之初的100目/吋2到目前廣泛應(yīng)用的600目/吋2,日本HONDA公司已經(jīng)開發(fā)出1200目/吋2的產(chǎn)品(其壁厚比人的頭發(fā)還細(xì)),但我國目前只能做到600目/吋2。目前,美國康寧公司和日本NGK公司、日本電裝(Denso)公司三家企業(yè)的蜂窩陶瓷產(chǎn)品占據(jù)了世界市場90%以上的份額。 二、蜂窩陶瓷的應(yīng)用 蜂窩陶瓷的應(yīng)用已非常廣泛,在很多領(lǐng)域都有成功的應(yīng)用,以下是幾種較典型的應(yīng)用。
3、催化劑載體 交通運輸業(yè)是主要環(huán)境污染源之一。汽車尾氣中主要含有一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOX)、碳?xì)浠衔铮℉C)。為了解決這一問題,目前世界各國都趨向于使用三元催化劑。三元催化凈化器主要由外殼、載體和催化劑三部分組成,其中載體是基本、關(guān)鍵的因素。在汽車尾氣催化器采用的載體材料中,得到廣泛應(yīng)用的是陶瓷材料。在載體表面涂附一層催化活性組分,一般為Pt、Rh和Pd等比較昂貴的貴金屬,催化劑活性組分就可以使廢氣中的有害成分轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的CO2、H2O和N2 而排出。 相對傳統(tǒng)球狀載體,蜂窩陶瓷具有比表面大、氣阻小等點,涂覆特定的催化劑后,則可實現(xiàn)對目標(biāo)反應(yīng)的選擇性催化,大幅度地提高通過其孔道流體的轉(zhuǎn)換效率和反應(yīng)速率。因此目前人們一致認(rèn)為用蜂窩陶瓷制造的汽車凈化器是控制汽車尾氣排放的有效的方法。
4、蓄熱體 20世紀(jì)90年代初,日本科學(xué)家首先發(fā)明了高溫空氣燃燒技術(shù)(HTAC),該技術(shù)通過換向裝置使兩個蓄熱室交替吸熱放熱,大限度地回收煙氣的熱量,再把爐內(nèi)的助燃空氣和煤氣加熱到1000℃以上,即使低熱值的劣質(zhì)燃料也能實現(xiàn)穩(wěn)定著火和高效燃燒。應(yīng)用HTAC技術(shù)可節(jié)省燃料達40%~70%,產(chǎn)量提高15%以上,鋼坯氧化燒損小于40%,NOX排放小于100ppm,排放的煙氣溫度低于150℃,大大降低了地球大氣的溫室效應(yīng)。而應(yīng)用實踐表明,HTAC技術(shù)的關(guān)鍵是能否研制出高性能的蜂窩陶瓷蓄熱體。高性能的蜂窩陶瓷蓄熱體必須具有耐高溫、抗腐蝕、熱震穩(wěn)定性好、強度高、蓄熱量大、導(dǎo)熱性能好等點。 目前HTAC技術(shù)被廣泛用于鋼鐵、機械、建材、石化、有色金屬冶煉等行業(yè)的各種加熱爐、熱風(fēng)爐、熱處理爐、裂解爐、烘烤器、熔化爐、均熱爐、油氣鍋爐等窯爐中。如果大多數(shù)工業(yè)窯爐都采用HTAC技術(shù),其經(jīng)濟效益和社會效益不可估量,將極大地能源緊缺的狀況,并改善人類的生存環(huán)境。
5、過濾材料 蜂窩陶瓷作為過濾材料有以下點:
(1),尤其適用于食品和藥物的處理。
(2)的耐急熱急冷性能,工作溫度可高達1000℃;
(3)較強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,孔徑分布狹窄,率高;
(4)化學(xué)穩(wěn)定性好,耐酸堿及溶劑;
(5)性能好,不易被降解,不易堵塞且易; 其主要在冶金行業(yè)得到應(yīng)用。蜂窩陶瓷體的比表面積大,提高了過濾片吸附和捕捉細(xì)小雜質(zhì)的能力,比傳統(tǒng)多孔陶瓷過濾效果好,金屬液流動平穩(wěn)。通過過濾可取得以下效果:
(1)降低鑄件廢品率;
(2)減少鑄件氣孔、化、細(xì)化金屬組織;
(3)提高鑄件表面質(zhì)量和力學(xué)性能;
(4)使金屬液充型平穩(wěn),減少漩渦;
(5)減少加工余量和提高刀具壽命,降低鑄造成本。
(6)簡化澆注系統(tǒng),提高工藝出品率;
(7)凈化金屬液,非金屬雜質(zhì)和氣體;
6、蜂窩陶瓷填料 蜂窩陶瓷在化工行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。一方面為擴大生產(chǎn)規(guī)模,大幅提高生產(chǎn)效率,要求塔填料提供的化學(xué)反應(yīng)比表面積更大。但我們現(xiàn)有的散堆型的拉西環(huán)、矩鞍環(huán)、階梯環(huán)和球形陶瓷填料,比表面積有120~180m2/m3,整體式的組合環(huán)、波紋板也分別有200m2/m3和400~500m2/m3,已不能適應(yīng)大規(guī)?;?、高效化生產(chǎn)的需要;另一方面,出于節(jié)能減排的需要,用戶要求填料在反應(yīng)塔中堆積所形成的流體阻力減小,以大幅節(jié)約能源。由于散堆型填料堆積形成的孔隙小,孔道極不規(guī)則,氣體、液體的流通阻力很大,造成空壓機電耗或蒸汽消耗等能耗居高不下,無法或難以實現(xiàn)節(jié)能減排的戰(zhàn)略任務(wù)和實施可持續(xù)發(fā)展??陀^環(huán)境要求我們開發(fā)出全新一代的具有高比表面積和很小的流通阻力的化工陶瓷填料——蜂窩形陶瓷填料,其簡單的產(chǎn)品(規(guī)格60目/吋2),可提供1000m2/m3的比表面積和70%左右的氣、液流通孔開孔率,從而使氣阻呈數(shù)量級下降,節(jié)約石油、化工、化肥、有色冶煉等用戶50%以上的能源。事實上,此種產(chǎn)品早在上世紀(jì)八十年代在一些歐美發(fā)達開始采用,今天在發(fā)達已普遍使用。