CN102875177A - 高温炉窑红外节能涂料及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及红外辐射陶瓷材料领域，尤其涉及一种高温炉窑红外节能涂料及其制备方法。由如下质量份数的原料组成：红外辐射填料10-30份、填充料30-40份、硅溶胶20-30份、助剂8-20份和水10-15份，其中红外辐射填料由如下质量份数的原料组成：三氧化二铁10-20份、氧化钴5-10份、氧化镍0-30份、二氧化锰20-50份和纳米级氧化镧5-10份。制备方法为将原料混合、分散、研磨、进行均质化处理使平均粒径达到350-500目、过滤、封装，即得产品。本发明制备的红外辐射涂料在加热时能在无机窑炉内衬烧结成多相复合陶瓷层，可在更高温下长期使用，可节约能耗，延长窑炉寿命。

Description

高温炉窑红外节能涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及红外辐射陶瓷材料领域，尤其涉及一种高温炉窑红外节能涂料及其制备方法。
背景技术
对能源的开发和合理利用是我国的一项重要国策。辐射加热由于对炉室内气氛（氧气和氮气）不敏感，热损耗小而成为物料加热的首要方式。高温工业窑炉的炉体材料大多是硅、铝耐火砖和不定形浇注料，它们既是炉的结构材料又是保温材料。这些窑炉的加热温度一般都在1000℃以上，其能量一般都集中在1-5μm波段。普通窑炉材料在上述波段的辐射率为0.45~0.5，因此辐射加热利用率普遍不高。通过在窑炉内壁涂刷高发射率红外辐射涂料，会促使部分对流热转化为辐射热，使炉墙传热损失减小，强化辐射换热，提高加热效率。不仅对加热物料有利，如使炉内温度更均匀化，而且也有助于分解高温窑炉内产生的碳和氮的氧化物。因此，采用高温红外节能涂料节能越来越受到大家的重视。
目前国外性能较好的红外辐射涂料的辐射填料普遍采用吸收指数和折射系数小的含氧化合物、氮化物、碳化物或者硼化物等物质进行复合，获得在红外波段具有较高的发射率。如专利CN1037613C报道的红外辐射涂料的主要成分为氧化钛、氧化镁、氧化铌以及锆砂；专利CN102219496A报道的红外辐射涂料中辐射填料的主要成为多相复合体系的过渡族金属氧化物，如氧化铁、氧化锰、氧化铜、氧化钴等；日本CRC公司生产的CRC系列红外节能涂料的主要成分也为氧化锰、氧化铬、以及氧化铁等；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红外涂料含有碳化硅。专利CN1844277A报道的一种高温远红外绝缘节能涂料，其辐射填料的主要成分为稀土氧化物和氮化硼；专利CN1318526C报道了一种由有机和无机成膜物质、增黑剂、玻璃粉和助剂组成的红外辐射涂料，仅在1200℃下使用。上述公开报道的红外节能涂料，在各类加热炉上的应用时，均取得一定的节能效果。但由于大多数为辐射填料粉体简单的机械混合，仍存在节能效果不稳定，热震性差以及使用温度不高等问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的是提供一种高温炉窑红外节能涂料，可在更高温下长期使用，可节约能耗、延长窑炉寿命，本发明还提供一种高温炉窑红外节能涂料的制备方法，制备方法简单。
本发明提供的高温炉窑红外节能涂料，由如下质量份数的原料组成：红外辐射填料10-30份、填充料30-40份、硅溶胶20-30份、助剂8-20份和水10-15份，其中红外辐射填料由如下质量份数的原料组成：由三氧化二铁10-20份、氧化钴5-10份、氧化镍0-30份、二氧化锰20-50份和纳米级氧化镧5-10份。
其中：
填充料由如下质量份数的原料组成：石英粉50-80份、煅烧氧化铝粉10-20份和耐火熟料20-30份。石英粉粒度大于325目，SiO2含量大于95%；煅烧氧化铝粉粒度大于325目，Al2O3含量大于95%；耐火熟料为耐火黏土，市购均可。填充料为涂层提供高的耐火度和耐磨性，采用石英粉和煅烧氧化铝作为填充料可以和硅、铝耐火砖和不定形浇注料基层有良好的热膨胀匹配性，保证涂层的高温致密性。
助剂由如下质量份数的原料组成：羟甲基纤维素4-5份、无机膨润土2-7份和六偏磷酸钠2-8份。羟甲基纤维素为涂料提供流平性。六偏磷酸钠提供分散作用。无机膨润土的组成为天然铝镁硅酸盐，其蒙脱石含量在65%以上，蒙脱石为临安助剂厂生产，无机膨润土提供抗沉作用。
硅溶胶为固含量为30-50%的碱性硅溶胶，硅溶胶为涂层提供高温黏结性能。
纳米级氧化镧粉末粒径D50为50-100nm。红外辐射填料提供高红外辐射和吸收特性。其中过渡金属氧化物经烧结形成多相掺杂的尖晶石固溶体，在氧化性气氛中性能稳定，不会造成辐射率快速衰减。纳米氧化镧通过高温固相反应搀杂提高辐射率，纳米氧化镧具有丰富的d和f轨道空间，易于占据取代其他元素离子，将其添加到尖晶石结构中，会造成大量的晶格畸变，纳米尺度使其具有更高的反应和扩散活性，在高温中已经扩散的杂质离子因为迅速冷却而固定下来，形成高浓度缺陷的尖晶石结构，降低烧成后粉体的晶格振动性，对材料的高温红外辐射特性具有增强作用。
红外辐射填料的制备方法为：将原料混合、在球磨机中研磨，其中球料比为10：1-15：1，时间为2-3小时，将研磨后的粉体按3-5℃/min升温到1200-1350℃保温，然后自然冷却到室温，粉碎并过350目的筛子，即得产品。按3-5℃/min的升温方式可以保证固相反应充分进行。
本发明提供的高温炉窑红外节能涂料的制备方法为：将原料混合、分散、研磨、进行均质化处理使平均粒径达到350-500目、过滤、封装，即得产品。
其中：分散条件为在搅拌分散机下分散1~2小时，转速控制在2500-4500r/min；研磨条件为在砂磨机中研磨2-4小时。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）本发明制备的红外辐射涂料在1-25μm全波段的法向发射率能达到0.89~0.93。
（2）在加热时能在无机窑炉内衬烧结成多相复合陶瓷层，可在1600℃下长期使用，可节约能耗达8%以上，延长窑炉寿命达50%以上。
（3）本发明提供的高温炉窑红外节能涂料的制备方法，制备方法简单。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
表1为实施例中各原料的规格或成分。
表1实施例中各原料的规格或成分表
Figure BDA00002339071900031
其中：蒙脱石为临安助剂厂生产。
实施例1
先称取三氧化二铁4.3千克，氧化钴2.0千克，氧化镍2.89千克，二氧化锰8.7千克，纳米级氧化镧2.0千克，混合均匀后在球磨机中研磨，其中球料比为10：1，研磨时间为2小时，将研磨后的粉体按3℃/min升温到1200℃，保温4小时后空冷到室温得到纳米稀土氧化物搀杂的尖晶石固溶体，将所得到的烧结体经破碎、粉碎和过350目的筛子，制成红外辐射粉料。
再称取硅溶胶25千克，无机膨润土2千克，石英粉21千克，煅烧氧化铝5.25千克，耐火熟料8.75千克，羟基纤维素4千克，六偏磷酸钠3千克和水12千克，与红外辐射粉料充分混合，在4500r/min转速的搅拌分散机下分散1小时，然后进入砂磨机中研磨3小时，进行均质化处理，使平均粒径达到350目，过滤，封装后即得产品。
实施例2
先称取三氧化二铁3.8千克，氧化钴2.2千克，氧化镍2.5千克，二氧化锰7.8千克，纳米级氧化镧1.8千克，混合均匀后在球磨机中研磨，其中球料比为15：1，研磨时间为3小时，将研磨后的粉体按5℃/min升温到1350℃，保温3小时后空冷到室温得到纳米稀土氧化物搀杂的尖晶石固溶体，将所得到的烧结体经破碎、粉碎和过350目的筛子，制成红外辐射粉料。
再称取硅溶胶27千克，无机膨润土2.2千克，石英粉25千克，煅烧氧化铝5.5千克，耐火熟料9.2千克，羟基纤维素3.8千克，六偏磷酸钠2.8千克和水10千克，与红外辐射粉料充分混合，在2500r/min转速的搅拌分散机下分散2小时，然后进入砂磨机中研磨4小时，进行均质化处理，使平均粒径达到400目，过滤，封装后即得产品。
实施例3
先称取三氧化二铁4.5千克，氧化钴2.7千克，氧化镍1.8千克，二氧化锰8千克，纳米级氧化镧1.5千克，混合均匀后在球磨机中研磨，其中球料比为12：1，研磨时间为2.5小时，将研磨后的粉体按4℃/min升温到1300℃，保温3.5小时后空冷到室温得到纳米稀土氧化物搀杂的尖晶石固溶体，将所得到的烧结体经破碎、粉碎和过350目的筛子，制成红外辐射粉料。
再称取硅溶胶30千克，无机膨润土2.6千克，石英粉26千克，煅烧氧化铝5.5千克，耐火熟料8.5千克，羟基纤维素3.5千克，六偏磷酸钠2.5千克和水11千克，与红外辐射粉料充分混合，在3500r/min转速的搅拌分散机下分散1.5小时，然后进入砂磨机中研磨2小时，进行均质化处理，使平均粒径达到450目，过滤，封装后即得产品。
实施例4
先称取三氧化二铁5.5千克，氧化钴2千克，氧化镍2.3千克，二氧化锰7.9千克，纳米级氧化镧2.5千克，混合均匀后在球磨机中研磨，其中球料比为13：1，研磨时间为2.5小时，将研磨后的粉体按3℃/min升温到1300℃，保温4小时后空冷到室温得到纳米稀土氧化物搀杂的尖晶石固溶体，将所得到的烧结体经破碎、粉碎和过350目的筛子，制成红外辐射粉料。
再称取硅溶胶29千克，无机膨润土2.0千克，石英粉23千克，煅烧氧化铝5.4千克，耐火熟料9千克，羟基纤维素4.5千克，六偏磷酸钠2.8千克和水9千克，与红外辐射粉料充分混合，在4500r/min转速的搅拌分散机下分散2小时，然后进入砂磨机中研磨3小时，进行均质化处理，使平均粒径达到500目，过滤，封装后即得产品。

Claims (10)

1.一种高温炉窑红外节能涂料，其特征在于：由如下质量份数的原料组成：红外辐射填料10-30份、填充料30-40份、硅溶胶20-30份、助剂8-20份和水10-15份，其中红外辐射填料由如下质量份数的原料组成：三氧化二铁10-20份、氧化钴5-10份、氧化镍0-30份、二氧化锰20-50份和纳米级氧化镧5-10份。
2.根据权利要求1所述的高温炉窑红外节能涂料，其特征在于：填充料由如下质量份数的原料组成：石英粉50-80份、煅烧氧化铝粉10-20份和耐火熟料20-30份。
3.根据权利要求2所述的高温炉窑红外节能涂料，其特征在于：石英粉粒度大于325目，SiO2含量大于95%；煅烧氧化铝粉粒度大于325目，Al2O3含量大于95%；耐火熟料为耐火黏土。
4.根据权利要求1所述的高温炉窑红外节能涂料，其特征在于：助剂由如下质量份数的原料组成：羟甲基纤维素4-5份、无机膨润土2-7份和六偏磷酸钠2-8份。
5.根据权利要求4所述的高温炉窑红外节能涂料，其特征在于：无机膨润土的组成为天然铝镁硅酸盐，其蒙脱石含量在65%以上。
6.根据权利要求1所述的高温炉窑红外节能涂料，其特征在于：硅溶胶为固含量为30-50%的碱性硅溶胶。
7.根据权利要求1所述的高温炉窑红外节能涂料，其特征在于：纳米级氧化镧粉末粒径D50为50-100nm。
8.根据权利要求1所述的高温炉窑红外节能涂料，其特征在于：红外辐射填料的制备方法为：将原料混合，在球磨机中研磨，将研磨后的粉体按3-5℃/min升温到1200-1350℃保温，然后自然冷却到室温，粉碎并过350目的筛子，即得产品。
9.一种权利要求1所述的高温炉窑红外节能涂料的制备方法，其特征在于：将原料混合、分散、研磨、进行均质化处理使平均粒径达到350-500目、过滤、封装，即得产品。
10.根据权利要求9所述的高温炉窑红外节能涂料的制备方法，其特征在于：分散条件为在搅拌分散机下分散1~2小时，转速控制在2500-4500r/min；研磨条件为在砂磨机中研磨2~4小时。
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