[发明专利]一种增材制造碳化硅陶瓷炉排及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增材制造碳化硅陶瓷炉排及其制备方法，该炉排以碳化硅陶瓷或碳化硅陶瓷复合材料为主要材质，具有优异的机械性能和高温力学性能。本发明还公开了这种碳化硅陶瓷炉排的制备方法，包括炉排设计绘制、原料制备、坯体制造、坯体预处理、炉排终烧等步骤。采用本发明所述方法制备的碳化硅陶瓷炉排，可以延长炉排的使用寿命、提高炉排焚烧炉的焚烧温度、提高综合经济效益好，有巨大的应用前景。

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种增材制造碳化硅陶瓷炉排及其制备方法，尤其涉及一种适用于环保设备及垃圾焚烧炉的碳化硅陶瓷炉排及其制备方法，属锅炉制造设备技术领域。

背景技术

生物质能是一种清洁的可再生能源。焚烧生物质发电，可以替代燃烧化石燃料发电，可减少CO₂等温室气体排放，减少固体废弃颗粒物排放。生活垃圾是一类让全球重点关注的固体污染物。焚烧垃圾发电，是目前针对生活垃圾处理问题较为有效的方法。焚烧生物质或生活垃圾的关键设备是高温焚烧炉。炉排型焚烧炉因为具有对焚烧物预处理要求不高，对焚烧物热值适应范围广、运行及维护简便等优点，被我国以及许多国家广泛采用。

然而，国内生物质燃料的水分高、热值低，通常是多种燃料混合形式；并且国内的生活垃圾分类程度低，含有较多坚硬的、腐蚀性的、不易燃烧的物质。垃圾和生物质燃料的燃烧不充分，未燃尽燃料落渣排出，会导致燃料利用率低，也会导致燃料渣的固废排放、燃烧不充分的废气及有害物质(例如二噁英)排放，进而带来环境的二次污染。为了解决上述问题，需要采取优化炉排型焚烧炉的设计结构、提高焚烧炉的焚烧温度、改善焚烧炉的材质等措施。

炉排是锅炉或工业炉中堆置固体燃料并使之有效燃烧的部件，是炉排焚烧炉中的关键零部件。炉排组装后片与片之间保持必要的通风缝隙，并且还要在炉排下边设置可以调节风量的分隔的通风室，以便空气通过缝隙进入燃料层燃烧。因此为了保证炉排焚烧炉的高性能，炉排的结构设计往往会非常复杂，比如振动炉排、链条炉排和往复炉排等。

一般采用耐热、耐磨、耐腐蚀的铸钢、中硅耐热铸铁、含铬耐热铸铁、高铬钼合金等材质制造炉排，这样既保证了炉排的结构性和功能性又保证了炉排设计的可成型性。然而，现有的金属铸件炉排仍存在以下诸多问题：

1、金属铸件炉排的耐高温性能差，即使耐高温性能较好的硅铝耐热铸铁，其耐热温度仅为1000℃，抗氧化性能较好的高铬耐热铸铁，其耐抗氧化温度也仅为1000℃。为了使生物质燃料和生活垃圾在炉排型焚烧炉中得到充分燃烧，减少不充分燃烧废气和有害物质(二噁英的充分分解温度达1100℃以上)的排放，必然要提高燃烧温度和炉中的氧含量，然而现有的金属铸件炉排难以满足1100℃以上的高温下长时间使用；

2、金属铸件炉排的耐磨性也比较差，固体燃料与炉排之间和炉排与炉排之间的摩擦会导致炉排磨损，尤其是高温环境下的长期磨损，进而影响炉排的使用寿命；

3、金属铸件炉排的高温机械强度不够，容易被烧变形，容易损坏，甚至有可能引起炉排塌陷，需要经常维修维护，影响生产效率；

4、金属铸件炉排的密度高(6.6～8.0 g·cm^～3)，比重大，笨重，传动能耗高；

5、金属铸件炉排的铸件和加工炉排片周期长、成本高，并且更换工序复杂，无形中提高了经济成本和劳动强度。

目前也有采用陶瓷的炉排，比如在国家知识产权网上还公开了专利CN2445209Y和专利CN203384957U中提及了陶瓷材质的炉排，但这两项专利以炉排设计为主。其所述陶瓷材质为炉排整体结构的部分零部件，受其结构设计的限制，其炉排的整体性能仍会受到局部材质性能不足的限制。且所述陶瓷材料种类不明，难以明确其炉排整体性能，其高温力学性能会存在不足，不适宜用于振动炉排、链条炉排和往复炉排等传动性炉排。还公开了专利CN2553251Y涉及了一种碳化硅耐高温反烧炉排，其所述炉排结构形状单一，仅适用于立式或卧式自然通风燃煤炉。并且上述多项专利未对制备方法进行阐述，若以传统陶瓷工艺制备炉排将十分复杂，难以成型并加工。