CN101648802A

CN101648802A - 耐热合金离心铸管用复合涂料

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Publication number: CN101648802A
Application number: CN200910092428A
Authority: CN
Inventors: 浦杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2029-09-14
Also published as: CN101648802B

Abstract

本发明公开了一种耐热合金离心铸管用的复合涂料，各组分的重量配比为：石英粉20－60份、锆英粉20－70份、悬浮剂0.4－1.5份、粘结剂0.3－0.8份、载体20－40份、氧化镁0.1－0.3份和活性剂0.1－0.3份。本发明由于采用石英粉、锆英粉复合涂料获得外观良好、杨梅粒子均匀分布的离心铸管，同时提高了管段内在质量，增强了炉管使用时传热效果，主要用于石化行业的转化炉管和乙烯裂解炉管的铸造工艺中。

Description

耐热合金离心铸管用复合涂料

技术领域

本发明涉及一种耐热合金离心铸管用复合涂料，尤其涉及一种应用于石化转化炉管和乙烯裂解炉管等高温工业炉管制造工艺中的复合涂料。

背景技术

我国石油化工行业所使用的高合金转化炉管、乙烯裂解炉管以及其它高温工业炉管都是利用离心铸造工艺生产的耐热合金铸管。这些炉管常年工作在800-1200℃高温下，并且炉管内外均充斥着高压腐蚀性介质，使用条件十分苛刻。在离心铸造生产中，如离心铸管，每生产一根铸管要喷一次涂料，涂料喷涂在铸型内腔，水分被铸型高温蒸发，在铸型内表面就会留下一层均匀的涂层，该涂层的作用是保证高温金属液流过并覆盖整个管身时不致发生过早凝固。此外涂料还直接影响到铸管的表面和内在质量，它能调节铸管的冷却速度，确保达到所要求的组织和性能。可见，在离心铸造生产中，涂料是其关键技术。

在国内，有些离心铸管厂家有自己研制的专用涂料来保证产品的质量；也有一些厂家从国外引进配方，达到生产需求，但各种原材料的质量难以控制，从而造成使用的不稳定性。随着离心铸造技术的不断发展，耐热合金铸管的检验标准不断提高，对相应涂料产品的性能提出了更高的要求；同时随着国家核电事业的发展，自主一体化、尖端化生产要求，相关配套产品，如核电站回路离心铸管的生产等，也促进了各离心铸管生产厂家对涂料在原基础上的不断摸索、研究、开发新类产品。

目前国内离心铸管厂家的产品结构包括：生产合成氨、甲醇及制氢转化炉管；乙烯裂解炉管；苯乙烯蒸汽过热炉用高温、高压耐热高金炉管；炉底辊、玻璃托辊等高温合金管件。生产此类产品的涂料，从耐火材料的不同来划分，主要分为以下几类：硅藻土涂料，石英粉/硅藻土复合涂料，以及石英粉、锆英粉和铝矾土的复合涂料。

日本特许公报昭56-28615(1981年)公开的是以硅藻土为主基料的离心铸管涂料，其粘结剂、悬浮剂为膨润土和水玻璃，并加MgO作为脱模剂，但这种涂料酌减量大，易使铸管产生气孔缺陷。又例如CN95103459.6中公开了以石英粉和硅藻土或其一为基料的涂料，主要应用在离心铸铁管。通过生产实践证明，使用石英粉/硅藻土复合涂料在生产口径大、外表面不加工的玻璃管、辐射管时，会获得良好的外观，且杨梅粒子比较均匀，还能满足生产现状要求。杨梅粒子是离心铸管表面形成凸起且形状分布间隙不规律的表面粒子，其作用是增大炉管的传热面积，提高炉管的传热效果，节约能源。但生产合成氨、甲醇及制氢转化炉管、乙烯裂解炉管、苯乙烯蒸汽过热炉用高温、高压耐热高金炉管，由于使用环境恶劣，各种性能指数要求高，使用硅藻土涂料或石英粉/硅藻土复合涂料，涂层耐火度达不到使用要求，并在高温下抗冲刷性差，经常出现粘管现象，且管段外表面非常的粗糙，杨梅粒子的粒度均超过了检验要求。

而至于石英粉、锆英粉和铝矾土的复合涂料，例如日本特许公报昭58-19376(1983年)公开了以石英粉、锆英粉、铝矾土为耐火材料，硅藻土、蛭石粉为绝热粉料及沸石族为基料的离心铸造用复合涂料，这种涂料对管模的附着性差、高温强度低且易产生针孔缺陷，且配制工艺复杂。由于涂料能够直接影响到铸管的表面和内在质量，并改变铸管的冷却速度，因此采用该类涂料生产甲醇及制氢转化炉管、乙烯裂解炉管，不能确保达到所要求的组织和性能，也不能很好的解决杨梅粒子粒度和均匀分布问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热合金离心铸管用的复合涂料，主要应用于转化炉管与乙烯裂解炉管等的铸管工艺，采用石英粉、锆英粉复合涂料获得外观良好、杨梅粒子均匀分布的离心铸管，同时提高了管段内在质量，增强了炉管使用时的传热效果。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种耐热合金离心铸管用复合涂料，是由石英粉、锆英粉、悬浮剂、粘结剂、载体、氧化镁和活性剂组成，其中各组分的重量配比为：石英粉20-60份、锆英粉20-70份、悬浮剂0.4-1.5份、粘结剂0.3-0。8份、载体20-40份、氧化镁0.1-0.3份和活性剂0.1-0.3份。

其中，所述载体为水；所述悬浮剂为膨润土；所述粘结剂为水玻璃；所述活性剂为阴离子型表面活性剂，选自烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐或硫酸酯盐中的一种或多种。

优选的，上述的各组分的重量配比为：石英粉22-40份，锆英粉30-50份，悬浮剂0.6-1.4份，粘结剂0.4-0.6份，氧化镁0.2份，活性剂0.2份，载体22-36份。

更优选的，上述的各组分的重量配比为：石英粉24份、锆英粉48份、悬浮剂1.2份、粘结剂0.5份、氧化镁0.2份、活性剂0.2份，载体26份。

本发明的耐热合金离心铸管涂料以石英粉、锆英粉作为耐火材料，既保持了锆英粉耐火度高的特点，又保持了石英粉保温性能好的特点；另外石英粉的比重一般为2.6，锆英粉的比重一般为4，利用二者的比重差异，混合以产生互相填补缝隙的作用；并且采用特定的配比保证了涂料耐火度高、涂层抗冲刷能力高，使得铸管表面气孔、裂纹及夹渣等缺陷减少甚至没有。

本发明所述的石英粉、锆英粉的颗粒度选用305-345目为宜，优选325目。若粒度过低，降低了本涂料的粘结效果，导致喷涂后涂层抗冲刷性能差，同时管段外表面粗糙；若粒度过高，涂层排气性差，铸管外表面易形成气孔等缺陷，同时粒度过高，喷涂后涂料表面的间隙孔过小，造成铸管表面粒子成长空间过小，不易形成表面均匀的杨梅粒子。

本发明涂料所用的悬浮剂是膨润土，为了提高耐热合金离心铸管涂料的悬浮稳定性，本发明中的膨润土都经过活化处理，即在膨润土中加入Na₂CO₃，以提高膨润土的悬浮粘结性能。所述活化是将膨润土于使用前浸泡在水中预置12小时以上，并加入占膨润土重量3-10％的Na₂CO₃。优选加入占膨润土重量5％的Na₂CO₃。

本发明的粘结剂为水玻璃，即工业液体硅酸钠，来提高涂料的悬浮稳定性，保证涂料性能稳定。本发明中粘结剂的各项性能是保证涂料质量的关键，所使用的水玻璃的技术指标为：型号级别为液-5、模数M＝2.5、20℃时ρ＝1.547±0.016、20℃时玻美度为51±1。这是由于当水玻璃(硅酸钠)的模数、比重过低时，则本涂料强度不够，涂层表面易形成凸起，耐冲刷性能差，涂层的耐火度降低；若模数、比重过高，喷涂后涂层水分不易蒸发，铸管外层易形成气孔。对于薄壁离心铸管，涂料强度过高，易形成裂纹缺陷，同时加大了型筒内壁涂料的清理难度。

另外，本发明涂料中氧化镁的加入是为了更好的使铸管脱模；所加入的微量的表面活性剂，是用来降低涂料的表面张力，使涂料容易在管模内表涂挂均匀，提高离心铸管的表面质量。

本发明还提供一种所述耐热合金离心铸造管用复合涂料的制备方法，是按如下步骤进行：

1)备料，按下述重量配比称取该复合涂料的各个组分备用：石英粉20-60份、锆英粉20-70份、悬浮剂0.4-1.5份、粘结剂0.3-0.8份、载体20-40份、氧化镁0.1-0.3份和活性剂0.1-0.3份；其中，所述粘结剂为水玻璃；所述悬浮剂为膨润土；所述载体为水；所述活性剂为阴离子型表面活性剂；

2)将膨润土浸泡在水中预置12小时以上，并加入占膨润土重量3-10％的Na₂CO₃进行活化处理后，得到膨润土浆料；

3)将石英粉、30％体积的所述膨润土浆料、粘结剂置于容器中加入一半的水(载体)搅拌2-4小时，混合均匀后得到粘度为13-15秒的石英粉浆料；

4)将锆英粉、剩余的所述膨润土浆料、氧化镁置于另一容器中加入剩余的水搅拌2-4小时，混合均匀后得到粘度为13-14秒的锆英粉浆料；

5)将3)和4)中的两种浆料混合，再加入活性剂混合搅拌，得到粘度为12-13秒的涂料。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1)本发明涂料采用上述配方中的各种物质，按照特定的配比，形成一种复合式涂料，通过各项检测达到稳定而均匀的使用要求。此种配方操作简单，便于施工。

2)本发明涂料采用高温承压用“离心铸造合金炉管标准”，在常温性能实验的屈服强度、拉伸强度和伸长率检测上都符合了客户要求，甚至高出要求很多。

3)本发明涂料应用在转化炉管、乙烯裂解炉管生产工艺中，解决了涂层耐火度和抗冲刷的问题，可减少炉管表面裂纹、气孔等缺陷，获得外观分布均匀且颗粒符合标准要求的杨梅粒子，增强了炉管使用时传热效果；并在一定基础上改善铸态组织结构的比例，促进了离心铸管的机械性能和使用效果。

4)由于氧化镁和表面活性剂的作用，提高了离心铸管的表面质量，减少管段与型筒间的摩擦阻力，实现了更好的铸管脱模。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。

本发明的原料通过如下的检测方式：

a、使用精密筛分机(筛析法)或者激光粒度仪检测石英粉、锆英粉的颗粒度，选用305-345目为宜，优选325目；并且要求石英粉和锆英粉保持干燥，不能起块或团球状，不能混有夹杂物。

b、使用比重计和玻美计检测粘结剂水玻璃的比重，20℃时，ρ＝1.547±0.016；20℃时，玻美度51±1；型号级别为液-5、模数M＝2.5；平均SiO₂含量30％；平均Na₂O含量15％；体重比2.00±0.05；平均H₂O含量55％。

本发明所有的原料均为市售产品，选择正规、供货稳定且具备相关的检验设备的供货商，例如所使用的锆英粉是淄博购进，石英粉是从秦皇岛购进，硅酸钠按上述技术参数购买。

实施例1

按如下重量称取各原料：石英粉240kg、锆英粉480kg、膨润土12kg、水玻璃5kg、氧化镁2kg、十二烷基苯磺酸钠(ABS)2kg，水260kg。其中石英粉、锆英粉的颗粒度为325目。

按照如下步骤制备涂料：

1)将膨润土浸泡在水中预置12小时以上，并加入占膨润土重量5％的Na₂CO₃进行活化处理后得到膨润土浆料；

2)将石英粉、30％体积的所述膨润土浆料、水玻璃置于容器中加入一半的水搅拌2-4小时，混合均匀后得到粘度为13-15秒的石英粉浆料；

3)将锆英粉、剩余的所述膨润土浆料、氧化镁置于另一容器中加入剩余的水搅拌2-4小时，混合均匀后得到粘度为13-14秒的锆英粉浆料；

4)将2)和3)中的两种浆料混合，再加入十二烷基苯磺酸钠混合搅拌，用福特3#流杯检测配好后涂料的粘度为12-13秒。

实施例2

按如下重量称取各原料：石英粉200kg、锆英粉200kg、膨润土4kg、水玻璃3kg、氧化镁1kg、十二烷基苯磺酸钠1kg，水200kg。其中石英粉、锆英粉的颗粒度为305目。

按照实施例1的步骤制备得到所述涂料，用福特3#流杯检测配好后涂料的粘度为12-13秒。

实施例3

按如下重量称取各原料：石英粉60kg、锆英粉70kg、膨润土1.5kg、水玻璃0.8kg、氧化镁0.3kg、十六烷基磺酸钠0.3kg，水40kg。其中石英粉、锆英粉的颗粒度为345目。

实施例4

按如下重量称取各原料：石英粉40kg、锆英粉50kg、膨润土1.4kg、水玻璃0.6kg、氧化镁0.2kg、十六醇硫酸酯钠盐0.2kg，水36kg。其中石英粉、锆英粉的颗粒度为325目。

实施例5

按如下重量称取各原料：石英粉220kg、锆英粉300kg、膨润土6kg、水玻璃4kg、氧化镁2kg、十六醇硫酸酯钠盐2kg，水220kg。其中石英粉、锆英粉的颗粒度为325目。

实验例1

将实施例1-5所制得的涂料进行检测：

1.烧结情况

用一样勺浸在配好的涂料中，使其表面涂挂厚度约为1mm的涂料，微加热使表面水分蒸发，后加热到200℃左右，用此样勺浸泡在温度1600℃-1750℃的钢液中，10秒后取出，破碎样勺表面粘附物，查看涂层的烧结情况：a.耐火度高，能容易破碎样勺表面的氧化物，且样勺没有产生粘钢；b、通过破碎的氧化物表面，涂层没有被烧结透，观察截面的间隙孔粒度，非常均匀且无大凹起之处。

2.常温机械性能检测

采用高温承压用“离心铸造合金炉管标准”HG/T2601-2000进行检测，结果如表1所示。

表1

实验例2

将本发明实施例1-5所制得的涂料，使用喷涂车进行型筒内壁喷涂，喷涂后检查涂层表面情况，在无螺旋状或无凸起的情况下，进行转化炉管或乙烯裂解炉管的浇铸，在规定时间内达到凝固后进行脱模，检查铸管的表面情况，同时做性能试样分析；另外，与以比较例1(离心铸管涂料A型、B型和普通型，购自江苏黎明涂料厂)和比较例2(日本特许公报昭58-19376(1983年))的涂料进行同样的操作后得到的铸管进行比较，检验各项情况如表2所示。

表2

以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种耐热合金离心铸管用复合涂料，其特征在于，各组分的重量配比为：石英粉20-60份、锆英粉20-70份、悬浮剂0.4-1.5份、粘结剂0.3-0.8份、载体20-40份、氧化镁0.1-0.3份和活性剂0.1-0.3份；其中，所述粘结剂为水玻璃；所述悬浮剂为膨润土；所述载体为水；所述活性剂为阴离子型表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的耐热合金离心铸管用复合涂料，其特征在于，所述各组分的重量配比为：石英粉22-40份，锆英粉30-50份，悬浮剂0.6-1.4份，粘结剂0.4-0.6份，氧化镁0.2份，活性剂0.2份，载体22-36份。

3.根据权利要求2所述的耐热合金离心铸管用复合涂料，其特征在于，所述各组分的重量配比为：石英粉24份、锆英粉48份、悬浮剂1.2份、粘结剂0.5份、氧化镁0.2份、活性剂0.2份，载体26份。

4.根据权利要求1-3任一项所述的耐热合金离心铸管用复合涂料，其特征在于，所述石英粉、锆英粉的颗粒度均为305-345目。

5.根据权利要求1-3任一项所述的耐热合金离心铸管用复合涂料，其特征在于，所述膨润土预先经过Na₂CO₃活化处理。

6.根据权利要求5所述的耐热合金离心铸管用复合涂料，其特征在于，所述膨润土的活化处理是将膨润土于使用前浸泡在水中预置12小时以上，并加入占膨润土重量3-10％的Na₂CO₃。

7.根据权利要求1-3任一项所述的耐热合金离心铸管用复合涂料，其特征在于，所述水玻璃的型号级别为液-5、模数M＝2.5、20℃时ρ＝1.547±0.016、20℃时玻美度为51±1。

8.根据权利要求1-3任一项所述的耐热合金离心铸管用复合涂料，其特征在于，所述阴离子型表面活性剂为烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐或硫酸酯盐中的一种或多种。

9.一种制备权利要求1-3任一项所述的耐热合金离心铸管用复合涂料的方法，其特征在于按如下步骤进行：

2)将膨润土浸泡在水中预置12小时以上，并加入占膨润土重量3-10％的Na₂CO₃进行活化处理后得到膨润土浆料；

3)将石英粉、30体积％的所述膨润土浆料、粘结剂置于容器中加水搅拌2-4小时，混合均匀后得到粘度为13-15秒的石英粉浆料；

4)将锆英粉、剩余的所述膨润土浆料、氧化镁置于另一容器中加水搅拌2-4小时，混合均匀后得到粘度为13-14秒的锆英粉浆料；

10.权利要求1-3所述的耐热合金离心铸管用复合涂料的应用，其特征在于将其用于石化转化炉管和乙烯裂解炉管的铸管工艺中。