中國粉體網(wǎng)訊  換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備,，又稱熱交換器。按其材質(zhì)可分為金屬、陶瓷,、塑料,、石墨、玻璃換熱器等,。石墨,、玻璃、聚四氟乙烯等換熱器主要用在低溫,、中溫的條件下,。在高溫條件，目前國內(nèi)絕大多數(shù)還采用金屬換熱器,。

然而,，冶金、機械,、化工等廠中的均熱爐,、鍛造加熱爐、玻璃熔窯等,，一般出爐煙溫度較高,，若在煙道中直接安裝各種普碳鋼制的金屬換熱器，其使用壽命很短,，如果采用耐熱合金鋼,、稀有金屬、制成的換熱器則價格過于昂貴,，投資巨大,。另外，使用金屬換熱器時,，不僅在高溫條件下存在耐用性問題,，使用時受到酸性或堿性氣體腐蝕，且必須降低換熱器的出口溫度,，這樣大大影響了節(jié)能效果,。綜合比較，陶瓷換熱器以耐高溫,、耐腐蝕,、抗蠕變、抗熱震,、低膨脹系數(shù),、機械強度高、使用壽命長的特性,，可長期在濃硫酸,、鹽酸和堿性氣、液體中使用,，在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應用,。

陶瓷換熱器對材料的要求

一般而言，無機非金屬陶瓷換熱器對材料的要求可總結(jié)為六點，分別是：

（1）抗熱震性能要好,；

（2）使用壽命要長,，符合經(jīng)濟原則；

（3）耐高溫性能強,，使用溫度必須要＞1280℃,；

（4）蓄熱率以及導熱系數(shù)要高；

（5）機械強度理想,，即便是在高溫環(huán)境之后,，依舊能夠保持常態(tài)；

（6）耐化學腐蝕強,，工業(yè)爐廢煙當中含有大量的SO₂,、CO₂等腐蝕性強的化學物質(zhì)，用于制作陶瓷換熱器的無機非金屬材料要求不能與其發(fā)生粉塵固熔反應,。

陶瓷換熱器材料

碳化硅

碳化硅具有很高的導熱系數(shù),，同時其化學性能穩(wěn)定、熱膨脹系數(shù)小,、耐磨性能好,，并具有優(yōu)異的抗熱震性。所以,，碳化硅質(zhì)材料是陶瓷換熱器的首選材料,。碳化硅在水蒸氣、含氧氣氛中存在高溫氧化問題,。含氧氣氛中,，碳化硅在800℃以上開始被氧化，可形成一層SiO₂保護膜,，在溫度高于1200℃時該保護膜即軟化被沖蝕破壞,，換熱元件壽命迅速縮短。這也是一般碳化硅換熱元件最高用到1200℃的原因,。碳化硅與蒸汽自1000℃開始強烈反應,，腐蝕生成的SiO₂與水蒸氣發(fā)生揮發(fā)反應，生成氣態(tài)的Si(OH)₄,，不能形成保護膜,。

因此在碳化硅換熱器設計時候要注意以下問題：

（1）煙氣含有較多的水蒸氣和少量氧氣，煙氣側(cè)溫度不宜超過1200℃,。

（2）空氣中包含大量氧氣和少量水蒸氣,，空氣側(cè)溫度不宜超過1000℃，極限為1200℃,。

（3）蒸汽環(huán)境中，蒸汽與碳化硅在高溫下劇烈反應，存在爆炸風險,，蒸汽溫度不宜超過1000℃,。

（4）煤氣中含有H₂、CO,、H₂O,，煤氣溫度不宜超過1000℃。水蒸氣與碳化硅反應形成SiO₂,，而H₂具有還原性,，在高溫下H₂與SiO₂快速發(fā)生反應，使SiO₂還原,，造成換熱元件表面出現(xiàn)裂紋,、松弛等。

莫來石

莫來石屬于斜方晶系,，排列順序呈雙鏈狀,，六配位鋁離子，具有化學穩(wěn)定性強,、抗熱震性優(yōu),、耐火度好等特點，在化學,、國防,、玻璃等行業(yè)得到了廣泛的應用。而在陶瓷行業(yè),，莫來石則主要是用于制作窯爐頂柱或是墊板,，這是因為莫來石具有很好的耐火度與抗熱震性，在高溫之下其衰減度不明顯,，即便經(jīng)歷劇烈的氧化,，其化學性能依舊穩(wěn)定，因此莫來石是一種非常理想的應用于制備無機非金屬陶瓷換熱器的重要無機材料,。莫來石又分為純莫來石與雜莫來石兩種,，前者性能優(yōu)于后者，膨脹系數(shù)更低,，約為5.3-5.5×10^-5/℃,，發(fā)展前景良好。

堇青石

堇青石的耐火度較莫來石略差,，化學穩(wěn)定性與抗熱震性則同樣優(yōu)異,，同時堇青石更為經(jīng)濟實惠。堇青石的合成范圍具有明顯的局限性,，耐腐蝕性并不理想,，尤其是面對SO2等腐蝕性強的氣體,，堇青石材料容易發(fā)生揮發(fā)或者是熔融的問題，導致氣流阻塞,。常規(guī)狀態(tài)下的堇青石多呈無色透明狀,，小部分為淺藍色或是淺黃色半透明狀，屬于六方晶系,，氧離子堆積的密度不高,，同時連接鎂氧八面體以及鋁氧四面體，化學性能穩(wěn)定性強,。整體而言,，堇青石無機材料的合成范圍有限，抗折性能不理想,，且呈多孔結(jié)構(gòu),，不建議應用在抗熱震性要求高的陶瓷換熱器產(chǎn)品當中。

陶瓷換熱器的制備方法

以使用環(huán)境的溫度為標準,，無機非金屬陶瓷換熱器材料可以分為非氧化物材料以及氧化物材料兩種,，不同的材料，其制備方法也有所不同,。非氧化物材料采用的主要是反應燒結(jié)法,，而氧化物材料采用的則是常壓燒結(jié)法，兩種方法的具體分析如下：

（1）反應燒結(jié)法,。所謂的反應燒結(jié)法主要是將兩種或是兩種以上的粉末以固定的比例調(diào)勻,，塑造成型，繼而發(fā)生化學反應,，在此過程當中,，其內(nèi)部至少有兩種成分相互發(fā)生化學反應，主要是應用于碳化硅等非氧化物材料當中,。通過反應燒結(jié)法而得出的制品,，其燒結(jié)質(zhì)量非常好，外形與尺寸幾乎不發(fā)生任何的改變,，在靜止冷卻的過程當中也不會出現(xiàn)收縮的不良反應,，燒結(jié)所需的時間較短，并且燒結(jié)耗費少,，符合經(jīng)濟原則,，對于形狀復雜的制品燒制方面也能取得良好的效果。然而,，該方法也存在相應的局限性,，例如允許加入的添加劑劑量非常少，影響機械強度等問題,。

（2）常壓燒結(jié)法,。常壓燒結(jié)法是當前我國最為常用的燒結(jié)方法,，其主要的特點就是不對材料進行加壓作用。令其于大氣壓力之下燒結(jié),，操作方法更為簡便易行,。該方法的應用對象主要是氧化物材料，如莫來石等,，首先將材料進行細磨調(diào)勻，隨后在其中添加一定劑量的添加劑,，塑造成型之后放置于爐中進行燒結(jié),，燒結(jié)完畢之后將制品取出其自行冷卻。常壓燒結(jié)法與上述的反應燒結(jié)法相比較,，燒結(jié)時間較長,，因此燒結(jié)成本也更高，但是所得的制品由于添加了合適劑量的添加劑以及粘土,，機械強度更為理想,。

參考來源：

[1]戴曉云等.淺析無機非金屬陶瓷換熱器材料的制備及應用

[2]宋德升等.碳化硅高溫換熱器的研制及應用

[3]栗海峰.新型無機非金屬陶瓷換熱器材料的制備與應用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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