专利名称：烟气脱硫浆液雾化螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴及其制造方法
技术领域：
本发明涉及了一种湿法烟气脱硫用的石灰石浆液雾化氧化铝陶瓷喷嘴及其制造 方法，属于环境保护技术领域。
背景技术：
螺旋型脱硫喷嘴是指随着连续变小的螺旋线体，浆液不断经螺旋线相切后改变方 向或成片状喷射成同心轴椎体的脱硫喷嘴。由于石灰石浆液的磨损性和腐蚀性，烟气脱硫 雾化喷嘴往往采用具有高硬度和高耐磨性的陶瓷材料制备。目前，国内外烟气脱硫雾化喷 嘴基本采用反应烧结碳化硅喷嘴，国内一些碳化硅陶瓷生产厂家已经生产了烟气雾化反应 烧结碳化硅陶瓷喷嘴。中国专利CN200410035431.8公开了一种“湿法烟气脱硫装置中碳化 硅雾化喷嘴的制造方法”，该方法的基本步骤为(1)内、外底模制作；(2)用外底模制作生 产外模；(3)制作型芯；(4)注浆成型；(5)干燥；(6)素坯修整；(7)烧结。但是，一方面由 于反应烧结碳化硅陶瓷中固有的约20%甚至更高的游离硅，使这种材料的耐磨损、耐冲刷 和耐腐蚀性能不理想；另一方面，该碳化硅喷嘴坯体采用石膏模实心注浆工艺成型，存在着 坯体密度不均勻、强度低、易变形、易开裂、成品率低的现象，从而导致存在喷嘴价格高、雾 化效果不理想的问题。氧化铝陶瓷，特别是氧化铝含量大于92%的氧化铝陶瓷，具有较高耐磨性、耐冲击 性和耐腐蚀性的特点。以高铝质的氧化铝陶瓷作为材料，制备雾化脱硫喷嘴，由于氧化铝相 对于碳化硅原料具有非常强的价格优势，其原料成本不足碳化硅的四分之一，且氧化铝陶 瓷的烧结温度远低于碳化硅陶瓷，因此氧化铝陶瓷具有较好的性价比和市场竞争力。制备 氧化铝陶瓷雾化喷嘴替代碳化硅制品，可减少喷嘴更换次数，延长使用寿命，降低成本，提 高烟气脱硫效率。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷和不足，通过材料研究和结构设计优化，制备一种用 于燃煤电厂烟气脱硫系统石灰石浆液雾化的氧化铝陶瓷喷嘴。该喷嘴具有高耐磨性、耐冲 击性和耐腐蚀性和成本低、使用寿命长的特点。本发明选用氧化铝含量大于92%的氧化铝瓷作为烟气脱硫喷嘴的基体材料，为进 一步提高氧化铝陶瓷的硬度、耐冲蚀性和耐腐蚀性，在氧化铝基体中添加少量碳化硼陶瓷 颗粒，利用颗粒弥散强化技术来提高氧化铝的综合性能，满足喷嘴高耐腐蚀和耐冲刷要求; 并采用凝胶注模工艺成型和机械加工相结合的方法制备螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴坯体，通过 改进烧成方法得到形状规则、致密化程度高和耐磨性高的烟气脱硫浆液雾化喷嘴。鉴于采用传统的注浆成型工艺，坯体致密度差，密度不均勻，在螺旋喷嘴尖端容易 产生裂纹，生坯强度低、不能进行机械加工，易变形等问题，本发明采用凝胶注模成型的方 法。此成型方法干燥收缩和烧成收缩小、易脱模、密度均勻，坯体强度高、可进行精细的机加 工，是一种净尺寸成型技术。所制得的陶瓷喷嘴尺寸精确，耐腐蚀，耐冲击，耐磨损，使用寿命长。本发明技术方案为一种烟气脱硫浆液雾化螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴，其特征是，它 是由氧化铝陶瓷粉料采用凝胶注模成型工艺制得，所述氧化铝陶瓷粉料由下述重量份的组 分组成超细高纯氧化铝粉90 98重量份，碳酸钙1 1. 5重量份，高岭土 2 7重量份， 烧滑石0. 5 2重量份，碳化硼0. 5 1重量份，所述超细高纯氧化铝粉纯度为彡99. 8%, 平均粒径为1. 5 2. 5 ii m，密度为3. 95g/cm3。本发明的技术方案是一种烟气脱硫浆液雾化螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴制造方法， 包括磨具制造、制作型芯、成型、干燥、坯体机械加工、烧结和后处理工艺步骤，其特征是，所述磨具制造工艺采用耐高温树脂材料制成磨具；所述成型工艺为凝胶注模成型，所述凝胶注模成型工艺包括以下步骤(1)将单体、交联剂和去离子水按质量比50 (1.5 3) (200 300)的比例 配成预混液，所述单体为丙烯酰胺(AM)或甲基丙烯酸胺，所述交联剂为N，N'-亚甲基双 丙烯酰胺；(2)向上述步骤(1)的预混液中加入分散剂得混合溶液，所述分散剂为聚乙烯吡 咯烷酮、聚甲基丙烯酸铵、聚乙二醇、四甲基氢氧化铵或其他分散剂，所述预混液与分散剂 的质量比为100 (0. 5 3)；(3)将超细高纯氧化铝粉、碳酸钙、高岭土、烧滑石和碳化硼等按照上述配比称量， 混合，得到混合粉体；(4)将步骤(2)的混合溶液加入到装有氧化铝球石的球磨罐中，随后逐渐加入 步骤(3)的混合粉体，球磨10 20小时，制得料浆；所述混合粉体与混合溶液体积比为 50 (33 50)；(5)将步骤⑷的料浆温度保持在10 25°C之间，真空搅拌除泡5 15分钟后， 加入引发剂，搅拌1 15分钟，所述引发剂为过硫酸铵((NH4)2S208，APS)，所述引发剂的加 入量为步骤(1)所述单体质量的0. 5 1. 5%，随后，将加入引发剂的料浆注入树脂模具中， 在50 80°C固化，随后坯体脱模；所述的干燥工艺为成型坯体脱模后，在烘箱中于60 80°C下干燥18 30小 时；所述的烧结工艺为将机械加工后的坯体装入匣钵中，加入刚玉粉进行埋烧， 500 800°C保温2 4小时排除有机物，继续升温到1550 1680°C，保温2 3小时，随 后冷却，得到喷嘴烧结体。本发明的技术特点在于将氧化铝陶瓷的粉体均勻分散于有机单体和交联剂的溶 液中，形成低粘度、高固相含量的陶瓷浆料。浆料在成型模具内固化后，脱模取出坯体。将 固化后的坯体在60 80°C下充分干燥，得到尺寸近似于最终产品的螺旋喷嘴。坯体经过简 单的机械加工后即得到尺寸精确的螺旋喷嘴坯体。采用埋烧工艺，浆螺旋喷嘴坯体装入匣钵中，加入刚玉粉进行掩埋，在500 800°C保温2 4小时排胶，排胶后于1550 1680°C的温度下烧成。埋烧工艺进一步减小 了产品烧成过程中因坯体自身重力塌陷、温度不均等引发的坯体变形，最终得到尺寸精确、 耐高温、耐腐蚀、耐冲击、耐磨损、强度高、使用寿命长的螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴。本发明的主要优点在于利用凝胶注模成型工艺和坯体冷加工工艺相结合的方法制备尺寸精确的氧化铝陶瓷螺旋喷嘴坯体，克服了用传统注浆成型方法成型后坯体密度不 均、开裂及坯体强度低、难以进行机械加工等不足，提高了坯体及烧结体的致密度和尺寸精确度。采用埋烧工艺，产品烧成变形小，最终烧成后的螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴尺寸精确， 有利于提高石灰石浆液的雾化效率，提高烟气脱硫效率。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。实施例1 氧化铝陶瓷粉料的基本配比为90重量份的氧化铝粉、1. 5重量份的碳酸钙、1. 5 重量份滑石粉和1重量份的碳化硼、6重量份的高岭土。100g去离子水中加入25g丙烯酰胺单体和lgN，N'-亚甲基双丙烯酰胺交联剂搅 拌至溶解，然后加入lg四甲基氢氧化铵制备混合溶液。随后将450g氧化铝粉、7. 5g碳酸 钙、7. 5g滑石粉、5g碳化硼与30g高岭土加入到上述混合液中制备陶瓷复合浆料，球磨10 小时，得到流动性较好的浆料。在室温下真空除泡10分钟后加入0. 25g过硫酸铵引发剂到 浆料中并均勻分散。把上述陶瓷复合浆料注入模具中，在60°C下加热，50分钟后固化脱模， 将脱模后的坯体放在60°C烘箱中干燥30小时。干燥后得到尺寸近似于设计尺寸的螺旋喷 嘴坯体，采用车床对坯体进行冷加工，得到尺寸精确的螺旋喷嘴坯体。将喷嘴坯体装入匣钵 中，加入刚玉粉进行掩埋，在500 800°C保温2 4小时排除有机物后，置于真空炉内烧 结，在1550°C的温度下烧结3. 5小时后自然冷却，得到符合要求的螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴
女口
广 BFI o实施例2 氧化铝陶瓷粉料的基本配比为94重量份的超细高纯氧化铝粉、1重量份的碳酸 钙、1. 5重量份滑石粉、1重量份的碳化硼、2. 5重量份高岭土。100g去离子水中加入21g甲基丙烯酰胺和lgN，N'-亚甲基双丙烯酰胺交联剂搅 拌至溶解，然后加入1. 5g聚乙烯吡咯烷酮制备混合溶液。随后将470g氧化铝粉、5. 0g碳酸 钙、7. 5g滑石粉、5. 0g碳化硼、12. 5g高岭土加入到上述混合液中制备陶瓷复合浆料，球磨 15小时，得到流动性较好的浆料。在室温下真空除泡10分钟后加入0. 25g过硫酸铵引发剂 到浆料中并均勻分散。把上述陶瓷复合浆料注入模具中，在70°C下加热，40分钟后固化脱 模经，将脱模后的坯体放在70°C烘箱中干燥24小时。干燥后得到尺寸近似于设计尺寸的螺 旋喷嘴坯体，采用车床对坯体进行冷加工，得到尺寸精确的螺旋喷嘴坯体。将喷嘴坯体装入 匣钵中，加入刚玉粉进行掩埋，在700°C保温2. 5小时排除有机物后，置于真空炉内烧结，在 1620°C的温度下烧结2. 5小时后自然冷却，得到符合要求的螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴产品。实施例3 氧化铝陶瓷粉料的基本配比为96重量份的超细高纯氧化铝粉、1重量份的碳酸 钙、0. 5重量份滑石粉、0. 5重量份的碳化硼、2重量份高岭土。100g水中加入18g甲基丙烯酰胺和lgN，N' _亚甲基双丙烯酰胺交联剂搅拌至溶 解，然后加入1.5g聚甲基丙烯酸铵制备混合溶液。随后将480g超细高纯氧化铝粉、5g碳 酸钙、2. 5g滑石粉、2. 5g碳化硼，10g高岭土加入到上述混合溶液中制备陶瓷复合浆料，球磨18小时，得到流动性较好的浆料。在室温下真空除泡10分钟后加入0. 25g过硫酸铵引 发剂到浆料中并均勻分散。把上述陶瓷复合浆料注入模具中，在80°C下加热，30分钟后固 化脱模，将脱模后的坯体放在80°C烘箱中干燥18小时。干燥后得到尺寸近似于设计尺寸的 螺旋喷嘴坯体，采用车床对坯体进行冷加工，得到尺寸精确的螺旋喷嘴坯体。将喷嘴坯体装 入匣钵中，加入刚玉粉进行掩埋，在800°C保温2小时排除有机物后，置于真空炉内烧结，在 1680°C的温度下烧结2小时后自然冷却，得到符合要求的螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴产品。
权利要求
一种烟气脱硫浆液雾化螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴，其特征是，它是由氧化铝陶瓷粉料采用凝胶注模成型工艺制得，所述氧化铝陶瓷粉料由下述重量份的组分组成超细高纯氧化铝粉90～98重量份，碳酸钙1～1.5重量份，高岭土2～7重量份，烧滑石0.5～2重量份，碳化硼0.5～1重量份，所述超细高纯氧化铝粉纯度为≥99.8％，平均粒径为1.5～2.5μm，密度为3.95g/cm3。
2.如权利要求1所述的烟气脱硫浆液雾化螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴的制造方法，包括磨 具制造、制作型芯、成型、干燥、坯体机械加工、烧结和后处理工艺步骤，其特征是，所述磨具制造工艺采用耐高温树脂材料制成磨具；所述成型工艺为凝胶注模成型，所述凝胶注模成型工艺包括以下步骤(1)将单体、交联剂和去离子水按质量比50 (1.5 3) (200 300)的比例配成 预混液，所述单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酸胺，所述交联剂为N，N'-亚甲基双丙烯酰胺；(2)向上述步骤(1)的预混液中加入分散剂得混合溶液，所述预混液与分散剂的质量 比为 100 (0. 5 3)；(3)将超细高纯氧化铝粉、碳酸钙、高岭土、烧滑石和碳化硼等按照权利要求1所述配 比称量，混合，得到混合粉体；(4)将步骤(2)的混合溶液加入到装有氧化铝球石的球磨罐中，随后逐渐加入步骤(3) 的混合粉体，球磨10 20小时，制得料浆；所述混合粉体与混合溶液体积比为50 (33 50)；(5)将步骤(4)的料浆温度保持在10 25°C之间，真空搅拌除泡5 15分钟后，加入 引发剂，搅拌1 15分钟，所述引发剂为过硫酸铵，所述引发剂的加入量为步骤⑴所述单 体质量的0. 5 1. 5%，随后，将加入引发剂的料浆注入树脂模具中，在50 80°C固化，随 后坯体脱模；所述的干燥工艺为成型坯体脱模后，在烘箱中于60 80°C下干燥18 30小时；所述的烧结工艺为将机械加工后的坯体装入匣钵中，加入刚玉粉进行埋烧，500 800°C保温2 4小时排除有机物，继续升温到1550 1680°C，保温2 3小时，随后冷却， 得到喷嘴烧结体。
3.如权利要求2所述的烟气脱硫浆液雾化螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴的制造方法，其特征 是，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸铵、聚乙二醇或四甲基氢氧化铵。
4.如如权利要求3所述的烟气脱硫浆液雾化螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴的制造方法，其特 征是，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或四甲基氢氧化铵。
全文摘要
本发明公开了一种烟气脱硫浆液雾化螺旋型氧化铝陶瓷喷嘴及其制造方法，它是由氧化铝陶瓷粉料采用凝胶注模成型工艺制得，所述氧化铝陶瓷粉料由下述重量份的组分组成超细高纯氧化铝粉90～98重量份，碳酸钙1～1.5重量份，高岭土2～7重量份，烧滑石0.5～2重量份，碳化硼0.5～1重量份。该喷嘴具有高耐磨性、耐冲击性和耐腐蚀性和成本低、使用寿命长的特点。本发明利用凝胶注模成型工艺和坯体冷加工工艺相结合的方法制备尺寸精确的氧化铝陶瓷螺旋喷嘴坯体，克服了用传统注浆成型方法成型后坯体密度不均、开裂及坯体强度低、难以进行机械加工等不足，提高了坯体及烧结体的致密度和尺寸精确度。
文档编号B01D53/80GK101874974SQ20091023099
公开日2010年11月3日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者吴洽阔, 宋友杰, 张玉军, 李忠光, 汲素娟, 王晋槐, 纪淑芸, 赵友谊 申请人:山东省环保陶瓷工程技术研究中心