CN102604466A - 一种高温红外辐射节能涂料用增黑剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温红外辐射节能涂料用增黑剂，其由重量百分比的下列原料配制而成：MnO₂：20～60%、Fe₂O₃：10～20%、Co₂O₃：1～5%、CuO：5～10%、Cr₂O₃：0～10%、NiO：0～10%、刚玉粉：20～40%。本发明还公开一种高温红外辐射节能涂料用增黑剂的制备方法。本发明具有耐磨、耐高温和辐射率稳定的优点，主要用于高铝砖、莫来石等耐火基材和锅炉水冷壁管金属基材。配制的涂料1300℃下在2.5～16.7μm的宽波段均具有较高的红外发射率，平均为0.88～0.92。使用温度高达1450℃，高温稳定、使用寿命不低于3年，且工艺简单、成本较低。

Description

一种高温红外辐射节能涂料用增黑剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工和涂料技术领域，具体涉及一种高温涂料用高红外发射率的增黑剂及其制备方法。

背景技术

众所周知，热量传递以传导、对流和辐射三种方式进行。高温阶段(800℃以上)辐射传热起着非常重要的作用，占热量传递总能量的80％以上。高温红外节能涂料可在不改变工业加热炉结构的情况下，通过提高炉衬表面发射率，增加辐射传热，减少热量损失，从而起到节能作用。高温红外节能涂料中起决定作用的是在红外波段具有高辐射率的金属氧化物，即增黑剂。

当炉衬上涂上高辐射率涂料后，可增加炉壁对工件的辐射。若炉内壁在单位时间内得到的热能值不变，则辐射率的提高必然使炉壁温度下降，辐射能增加而炉墙传导热损失减小；然而炉内壁从吸收辐射和对流传热获得能量，发射率的提高使传热量增大。所以，炉窑内衬在单位时间获得的热量实际上是提高的，这使炉壁温度下降的趋势减缓。高辐射率涂层促使一部分对流热转化为微辐射热，同时考虑到炉内衬温度一般远低于发热原件温度，其长波段辐射能谱能量增大。炉窑涂覆含有高辐射率增黑剂的涂料后会使热平衡重新分配，通过强化辐射传热，提高了炉窑的热效率。

日本CRC公司生产的CRC1100、CRC1500 HRC红外辐射涂料的主要成分为MnO₂、Fe₂O₃、CoO、Cr₂O₃等，在石化行业的石油加热炉上广泛应用，节能效果明显，一般可提高加热炉热效率2％～4％。英国Harbert Beven公司与欧洲多国联合推出的Encoat、北京科技大学的BJ红外涂料和唐山晟科“纳米碳化硅红外辐射涂料”主要含有SiC。SiC在常温至高温都能发生氧化反应，在碳化硅表面生成SiO₂薄膜，可以防止SiC继续氧化，但氧化同时生成的CO在逸出时破坏了薄层，使SiC继续氧化，所以涂层发射率衰减较快。而且国内研制的涂料主要用在1100℃以下的金属基体和耐火材料上，高温(1400℃)以上已不适用。此外，国内专利(CN1296314和CN1125969A)以喷雾烧结法和溶胶-凝胶法制备高辐射率粉体的工艺复杂、成本较高。

发明内容

本发明为了解决现有红外辐射涂料性能不稳定、成本较高的技术问题，提出一种耐磨、耐高温、辐射率稳定的增黑剂及其制备方法。

本发明提出的一种高温红外辐射节能涂料用增黑剂，其由重量百分比的下列原料配制而成：

MnO₂：20～60％、Fe₂O₃：10～20％、Co₂O₃：1～5％、CuO：5～10％、

Cr₂O₃：0～10％、NiO：0～10％、刚玉粉：20～40％。

其中，所述的刚玉粉至少可以选用黑刚玉、棕刚玉、白刚玉的一种。

本发明提出的高温红外辐射节能涂料用增黑剂的制备方法，其步骤为：

步骤一，将MnO₂、Fe₂O₃、CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、NiO和刚玉粉按比例用混料机混合均匀，再将混合料压制成块状；

步骤二，将上述块状混合料进行高温烧结，烧结温度为1300℃～1350℃，烧结时间为1h～3h；

步骤三，然后将烧结后的块状混合料冷却，破碎并磨细至280目以下。

由于陶瓷涂层具有优良的化学稳定性，本发明提出的是以过渡金属氧化物等材料，在复合过程中形成新的稳定的尖晶石结构的陶瓷红外辐射材料。这种新的陶瓷红外辐射材料在室温～1200℃应用时，性能基本保持不变；在高温应用时，不因发生晶型转变而使材料的热辐射率下降。本发明通过复合制粉工艺技术的调整和控制，从而获得耐磨、耐高温、辐射率稳定的陶瓷材料增黑剂。

与现有涂料产品相比，本发明的优点如下：

1.本发明不合SiC成分，主要以MnO₂、Fe₂O₃、CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、NiO和刚玉粉等具有红外辐射性能的粉料为原料，利用过渡金属氧化物之间的掺杂工艺，在晶格中引入掺杂物，破坏其晶格周期性，使晶粒成细密分布，在局部形成多种杂质能级。如图1所示，压制后的粉料经1300℃～1350℃的高温烧结，通过掺杂、晶格畸变和固溶反应等过程，形成了具有尖晶石结构的增黑剂。该增黑剂耐火度大于1850℃，具有良好的稳定性，可在高温下长期应用；

2.增黑剂中采用硬度仅次于金刚石的磨料级刚玉粉，提供优异的耐磨性。可在煤粉炉、流化床锅炉等对耐冲刷要求较高的场所应用，在节能的同时延长基材的使用寿命。

3.在高温烧结过程中粉料烧失量在8％～10％，通过高温烧结可除去杂质，提高粉料中有效成分的含量。配制成涂料后可降低高温釉化时的收缩率，减少涂层内应力，通过增加涂层和致密性提高防腐和耐磨耐冲刷性能。

本发明具有耐磨、耐高温和辐射率稳定的优点，主要用于高铝砖、莫来石等耐火基材和锅炉水冷壁管金属基材。配制的涂料1300℃下在2.5～16.7μm的宽波段均具有较高的红外发射率，平均为0.88～0.92(如图2所示)。使用温度高达1450℃，高温稳定、使用寿命不低于3年，且工艺简单、成本较低。

附图说明

图1为高辐射率增黑剂的物相结构示意图；

图2为红外辐射节能涂料光谱发射率曲线图(1300℃，波长2.5～16.7μm)。

具体实施方式

本发明提供的高温红外辐射节能涂料用增黑剂，可以由重量百分比的下列原料配制而成：

MnO₂：20～60％、Fe₂O₃：10～20％、Co₂O₃：1～5％、CuO：5～10％、

Cr₂O₃：0～10％、NiO：0～10％、刚玉粉：20～40％。

其中，所述的刚玉粉至少可以选用黑刚玉、棕刚玉、白刚玉的一种。

下面结合实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1：

高温红外辐射节能涂料用增黑剂，其由重量百分比的下列原料配制而成：

MnO₂：20％、Fe₂O₃：20％、CuO：10％、Co₂O₃：1％、Cr₂O₃：10％、

NiO：10％、黑刚玉粉：29％。

根据需要，刚玉粉至少可以选用黑刚玉、棕刚玉、白刚玉的一种

上述增黑剂的制备方法，其步骤为：

步骤一，将MnO₂、Fe₂O₃、CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、NiO和刚玉粉按比例用混料机混合均匀，再将混合料压制成块状。

步骤二，将上述块状混合料进行高温烧结，即在1350℃下，烧结3h，进行掺杂和固溶反应形成具有尖晶石结构的增黑剂。

步骤三，然后将烧结后的块状混合料冷却，破碎并磨细至280目以下，获得高温红外辐射节能涂料用增黑剂。该增黑剂使得涂料的发射率可达0.88。

实施例2：

高温红外辐射节能涂料用增黑剂，其由重量百分比的下列原料配制而成：

MnO₂：42％、Fe₂O₃：15％、CuO：8％、Co₂O₃：5％、NiO：10％、

棕刚玉和白刚玉共计：20％。

上述增黑剂的制备方法，其步骤为：

步骤一，将MnO₂、Fe₂O₃、CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、NiO和刚玉粉按比例用混料机混合均匀，再将混合料压制成块状。

步骤二，将上述块状混合料进行高温烧结，即在1350℃下，烧结2h，进行掺杂和固溶反应形成具有尖晶石结构的增黑剂。

步骤三，然后将烧结后的块状混合料冷却，破碎并磨细至280目以下，获得高温红外辐射节能涂料用增黑剂。该增黑剂使得涂料的发射率可达0.90。

根据不同的需要，可以采用不同的物料配比，烧结温度可以在1300℃～1350℃范围内选取，烧结时间可以在1h～3h范围内选取。本发明其它实施例，请详见表1所示。

表1(按重量百分比配料，各实施例中的原材料重量比之和为100。)

本发明提供的增黑剂是以Mn、Fe、Al为主的尖晶石结构增黑剂(其中，刚玉粉中主要成分是Al₂O₃)。掺杂组份为Co、Cu或Co、Cu与、Cr Ni中的一种或两种混合掺杂。尖晶石结构提供耐磨耐高温和稳定的辐射率，掺杂可在一定程度上提高辐射率。

本发明主要用于高铝砖、莫来石等耐火基材和锅炉水冷壁管金属基材。配制的涂料1300℃下在2.5～16.7μm的宽波段均具有较高的红外发射率，平均为0.88～0.92(如图2所示)。使用温度高达1450℃，高温稳定、使用寿命不低于3年，且工艺简单、成本较低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高温红外辐射节能涂料用增黑剂，其特征在于，所述的增黑剂由重量百分比的下列原料配制而成：

MnO₂          20～60%、

Fe₂O₃          10～20%、

Co₂O₃          1～5%、

CuO           5～10%、

Cr₂O₃                0～10%、

NiO            0～10%、

刚玉粉         20～40%。

2.如权利要求1所述的高温红外辐射节能涂料用增黑剂，其特征在于，所述的刚玉粉至少为黑刚玉、棕刚玉、白刚玉的一种。

3.一种如权利要求1所述的高温红外辐射节能涂料用增黑剂的制备方法，其步骤包括：

步骤一，将MnO₂、 Fe₂O₃、 CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、NiO和刚玉粉按比例用混料机混合均匀，再将混合料压制成块状；

步骤二，将上述块状混合料进行高温烧结，烧结温度为1300℃～1350℃，烧结时间为1h～3h；

步骤三，然后将烧结后的块状混合料冷却，破碎并磨细至280目以下。

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