CN102992813B - 一种高温釉面涂料、其制备方法及粘结剂和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温釉面涂料、其制备方法及粘结剂和使用方法,目的在于解决现有的远红外节能涂料耐高温性能差,在高温区发射率和吸收率不高,且不稳定,容易衰减的问题,该高温釉面涂料具有辐射传热效果好、表面黑度高(发射率大于0.95)等特点,在长期的使用过程中,具有发射率和吸收率稳定,不衰减,使用寿命长的优点。同时,配合本发明的粘结剂的使用,能够使涂料与基体紧密结合,增强其附着力,高温烧结后,其能够在基体上形成釉面陶瓷聚合体,具有坚硬耐磨,不脱落,使用寿命长的优点,一般涂料无法覆盖的表面,本发明的涂料也能均匀覆盖。
Description
技术领域
本发明涉及涂料领域,尤其是耐高温、抗氧化、耐磨损,且具有陶瓷化、高发射率的涂料领域,具体为一种高温釉面涂料、其制备方法及粘结剂和使用方法。
背景技术
现有的工业加热炉窑大多采用耐火砖、浇注料、耐火纤维筑成。加热炉窑的内壁受高温气流的冲刷与腐蚀,致使加热炉窑的使用寿命较短。同时,构筑加热炉窑的耐火砖、浇注料、耐火纤维等材料,其发射效率低,能耗大,加热效率低。为了使被加热工件获得的热量增加,就必须加大炉内辐射传热,提高炉窑内壁的发射率。
为了改善上述问题,目前国内外开始采用远红外节能涂料,主要包括第一代(粒度大、粘度差、节能低)和第二代(微米级)。然而,现有的远红外节能涂料都属于传统黑体技术,耐高温性能差,在高温区发射率和吸收率不高,且不稳定,容易衰减。
发明内容
本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题,提供一种高温釉面涂料、其制备方法及粘结剂和使用方法,本发明提供的高温釉面涂料具有辐射传热效果好、表面黑度高(发射率大于0.95)等特点,在长期的使用过程中,具有发射率和吸收率稳定,不衰减,使用寿命长的优点。同时,配合本发明的粘结剂的使用,能够使涂料与基体紧密结合,增强其附着力,高温烧结后,其能够在基体上形成釉面陶瓷聚合体,具有坚硬耐磨,不脱落,使用寿命长的优点,一般涂料无法覆盖的表面,本发明的涂料也能均匀覆盖。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种高温釉面涂料,由如下重量份的原料制备而成:80-400份碳化硅,10-150份二氧化硅,5-50份三氧化二铁,20-200份棕刚玉,20-200份氧化铬,5-90份三氧化二锰,10-100份二氧化钛,6-55份氧化钴,6-100份氧化铈,50-300份氧化锆,200-300份硅酸锆,5-50份高岭土,4-35份滑石。
作为优选,由如下重量份的原料制备而成:215份碳化硅,80份二氧化硅,15份三氧化二铁,70份棕刚玉,100份氧化铬,55份三氧化二锰,30份二氧化钛,20份氧化钴,35份氧化铈,120份氧化锆,225份硅酸锆,20份高岭土,15份滑石。
作为优选,原料的细度如下:碳化硅、二氧化硅、三氧化二铁、棕刚玉、氧化铬、三氧化二锰的细度分别为800-1000目,二氧化钛、氧化钴、氧化铈、氧化锆、硅酸锆、高岭土、滑石的细度分别为600-800目。
上述高温釉面涂料的制备方法,包括如下步骤:
(a)、按配比称取各组分,将碳化硅、二氧化硅、三氧化二铁、棕刚玉、氧化铬、三氧化二锰、二氧化钛、氧化钴、氧化铈、氧化锆、硅酸锆放入球磨机中混合、研磨成粉;
(b)、将步骤a制备的粉料放入烧结炉中烧结,烧结温度为1200℃-1300℃,时间为2-3h,再冷却至室温;
(c)、将步骤b烧结后的物料放入球磨机中进行研磨,研磨至物料的粒径变为200-300nm;
(d)、将高岭土、滑石加入步骤c研磨后的物料中,搅拌均匀,搅拌时间为0.5-2h,搅拌速度为1000-1300转/分钟;
(e)、将步骤d搅拌后的物料放入研磨机中研磨10-30min,即得产品。
用于上述高温釉面涂料的粘结剂,由如下重量份的组分组成:150-350份硅溶胶,50-100份PA-80胶,100-250份水玻璃,100-130份羧甲基纤维素。
作为优选,由如下重量份的组分组成:220份硅溶胶,60份PA-80胶,125份水玻璃,120份羧甲基纤维素。
上述高温釉面涂料的使用方法,包括如下步骤:
(1)清理炉膛受热表面:去除炉膛受热表面的灰尘、污垢;
(2)喷涂处理液:清理炉膛受热表面后,用处理液对炉膛受热表面进行喷涂;
(3)喷涂涂料:将涂料与粘结剂按重量比1:3混合均匀,再涂抹于炉膛受热表面,涂层厚1-2mm,晾干;
(4)烧结固化:将炉膛内升温至100℃,保温3-5h,再升温至200℃,保温1.5-3h,继续升温至600℃,保温3-5h,再升温至1000℃,保温1.5-3h,即可。
所述步骤(2)中,处理液为水玻璃。
所述步骤(3)中,采用自然晾干,晾干的时间为16-30h。
所述步骤(4)中,将炉膛内升温至100℃,保温4h,再升温至200℃,保温2h,继续升温至600℃,保温4h,再升温至1000℃,保温2h,即可。
本发明以碳化硅、二氧化硅、三氧化二铁、棕刚玉、氧化铬、三氧化二锰、二氧化钛、氧化钴、氧化铈、氧化锆、硅酸锆、高岭土和滑石为原料,通过科学配比,从而制备出性能优越的高温釉面涂料。本发明所制得的高温釉面涂料的发射率较现有的涂料显著提高,同时使炉窖的加热效率大幅上升。
作为优选,本发明还提供高温釉面涂料的粘结剂。羧甲基纤维素可形成高粘度的胶体、溶液,有粘着、增稠、流动、乳化分散、赋形、保水、保护胶体、薄膜成型、耐酸、耐盐、悬浊等特性,PA-80胶具有耐高温、抗震动、抗剥落、耐高温气流冲刷的特点,并具有良好的红外线吸收能力和绝缘性。硅溶胶可以大大提高涂膜的耐碱性、硬度及其高温抗回粘性。水玻璃能够提高涂料的抗风化能力。与现有的单一粘结剂相比,本发明的粘结剂通过各组分之间的相互配合、优化配比,使粘结剂的整体性能得到了有效提高,通过粘结剂与涂料的有效配合,能够有效延长涂料的使用寿命。
作为优选,本发明还提供高温釉面涂料的使用方法,通过该方法能够使涂料在基体表面形成稳固的釉面,有效避免涂料的脱落,同时还能使涂料的厚度降低。
本发明的高温釉面涂料能够用于石化、机械、冶金、锅炉等行业的高温加热炉窑中,涂覆于各种工业加热炉炉膛内壁。本发明所制备的涂料粒径达到纳米级别,能够使涂料的黏度和抗热振性大幅提高,耐火度超过1700 ℃。同时,由于涂料颗粒的细化,成分均匀,在基体上的附着力强,能够使涂层的厚度降低,涂层不受基体热胀冷缩不同的影响,能够与基体牢固结合,涂层的使用寿命长达4年以上;还能大幅度降低涂层的表面能,使涂料表层不沾灰、不沾油、不易被污染及覆盖。本发明通过提高涂料的黑度、耐火度,使涂料的颗粒细化,能够显著提升涂料的发射率。本发明的涂料施工方便,能够减少加热炉的燃料消耗,节能效果显著,使用寿命长。
本发明所制备的高温釉面涂料的各项性能参数如下:发射率ε>0.95;耐火度超过1700℃,低于1800℃;粘度>17s;附着力优良;粒度<1um,达到纳米级别;体积密度1.7-2.1g/cm3;线膨胀系数9×106/℃;热膨胀系数0.8-1.0%;抗热震性(高温冷水急冷急热)﹥25次;使用温度1000-1750℃,耐高温、抗氧化、耐腐蚀性能优,节能率﹥8%,提高热效率3%-6%,使用寿命﹥4年。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
1、制备涂料
分别称取10kg碳化硅(CSi),1.5kg二氧化硅,0.8kg三氧化二铁,2.5kg棕刚玉,2.2kg氧化铬(Cr2O3),1kg三氧化二锰,1.5kg二氧化钛(TiO2),0.8kg氧化钴(CoO),0.8kg氧化铈(CeH4O4),5kg氧化锆(ZrO2),22kg硅酸锆(ZrSiO4),0.9kg高岭土,1kg滑石。将除高岭土、滑石以外的各组分放入球磨机中混合、研磨成粉。将研磨后的粉料放入烧结炉中烧结,烧结温度为1200℃,时间为2h,冷却至室温。将烧结后的物料再次放入球磨机中进行二次研磨,研磨至物料的粒径变为200nm为止。再将高岭土、滑石加入到二次研磨后的物料中,搅拌0.6h,搅拌速度为1000转/分钟,使各组分混合均匀。最后将搅拌后的物料放入研磨机中研磨10min,即得产品。
2、涂料的使用,将本实施例的涂料应用于轧钢和锻钢加热炉
(1)清理炉膛受热表面:去除炉膛受热表面的灰尘、污垢,如是金属基体,应用手工或机械方法去除氧化皮。
(2)喷涂处理液:向清理后的炉膛受热表面喷涂处理液,处理液为水玻璃。
(3)喷涂涂料:将涂料和粘结剂按1:3的重量比混合均匀,再涂抹于炉膛受热表面,涂层厚1-2mm,自然晾干。
(4)烧结固化:将炉膛内升温至100℃,保温3h,再升温至200℃,保温2h,继续升温至600℃,保温5h,再升温至1000℃,保温1.5h,即可。
其中,粘结剂的制备方法如下:分别称取60kg硅溶胶、20kg PA-80胶、30kg羧甲基纤维素、40kg水玻璃,混合均匀即可。即:粘结剂中组分的组成为:240份硅溶胶,80份PA-80胶, 120份羧甲基纤维素、160份水玻璃。硅溶胶购自青岛海洋化工有限公司。
对比实施例1
其他与实施例1相同,其中粘结剂为硅溶胶。
实施例1与对比实施例1、2的实验结果如下:用硅溶胶作粘接剂的涂料流动性差、气泡不易消除,涂料的品质易受环境温度和湿度的影响,干燥时间较长。使用硅溶胶、羧甲基纤维素、PA-80胶及水玻璃的混合溶液做涂料粘接剂,涂料的流动性大大改善,稳定性提高,干燥时间缩短一半,提高了效率。
同时,将PA-80胶、水玻璃、甲基纤维素分别作为粘结剂,进行测试。结果表明:采用本发明的复合粘结剂时,其性能显著优于单一的粘结剂。
实施例2
1、制备涂料
分别称取35kg碳化硅,8.4kg二氧化硅,4.2kg三氧化二铁,11.2kg棕刚玉,14kg氧化铬,5.6kg三氧化二锰,7kg二氧化钛,3kg氧化钴,7kg氧化铈,12.4kg氧化锆,25.2kg硅酸锆,4.2kg高岭土,2.8kg滑石。将除高岭土、滑石以外的各组分放入球磨机中混合、研磨成粉。将研磨后的粉料放入烧结炉中烧结,烧结温度为1300℃,时间为3h,冷却至室温。将烧结后的物料再次放入球磨机中进行二次研磨,研磨至物料的粒径变为300nm为止。再将高岭土、滑石加入到二次研磨后的物料中,搅拌1.8h,搅拌速度为1200转/分钟,使各组分混合均匀。最后将搅拌后的物料放入研磨机中研磨15min,即得产品。
2、涂料的使用,将本实施例的涂料应用于电站锅炉及高温锅炉
(1)清理炉膛受热表面:去除炉膛受热表面的灰尘、污垢,如是金属基体,应用手工或机械方法去除氧化皮。
(2)喷涂处理液:向清理后的炉膛受热表面喷涂水玻璃。
(3)喷涂涂料:将涂料和粘结剂按1:3的重量比混合均匀,再涂抹于炉膛受热表面,涂层厚1-2mm,自然晾干。
(4)烧结固化:将炉膛内升温至100℃,保温4.5h,再升温至200℃,保温3h,继续升温至600℃,保温5h,再升温至1000℃,保温3h,即可。
其中,粘结剂的制备方法如下:分别称取150kg硅溶胶, 35kgPA-80胶, 100kg水玻璃,80kg羧甲基纤维素,混合均匀即可。
实施例3
1、制备涂料
分别称取21.5kg碳化硅,8kg二氧化硅,1.5kg三氧化二铁,7kg棕刚玉,10kg氧化铬,5.5kg三氧化二锰,3kg二氧化钛,2kg氧化钴,3.5kg氧化铈,12kg氧化锆,22.5kg硅酸锆,2kg高岭土,1.5kg滑石。各组分原料的细度如下:碳化硅、二氧化硅、三氧化二铁、棕刚玉、氧化铬、三氧化二锰的细度分别为800-1000目,二氧化钛、氧化钴、氧化铈、氧化锆、硅酸锆、高岭土、滑石的细度分别为600-800目。
将除高岭土、滑石以外的各组分放入球磨机中混合、研磨成粉。将研磨后的粉料放入烧结炉中烧结,烧结温度为1250℃,时间为3h,冷却至室温。将烧结后的物料再次放入球磨机中进行二次研磨,研磨至物料的粒径变为200nm为止。再将高岭土、滑石加入到二次研磨后的物料中,搅拌2h,搅拌速度为1200转/分钟,使各组分混合均匀。最后将搅拌后的物料放入研磨机中研磨30min,即得产品。
2、涂料的使用
(1)清理炉膛受热表面:去除炉膛受热表面的灰尘、污垢,如是金属基体,应用手工或机械方法去除氧化皮。
(2)喷涂处理液:向清理后的炉膛受热表面喷涂水玻璃。
(3)喷涂涂料:将涂料和粘结剂按1:3的重量比混合均匀,再涂抹于炉膛受热表面,涂层厚1-2mm,自然晾干。
(4)烧结固化:将炉膛内升温至100℃,保温4h,再升温至200℃,保温2h,继续升温至600℃,保温4h,再升温至1000℃,保温2h,即可。
其中,粘结剂的制备方法如下:分别称取110kg硅溶胶,20kgPA-80胶,60kg水玻璃,50kg羧甲基纤维素,混合均匀即可。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合,以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种高温釉面涂料,其特征在于,由如下重量份的原料制备而成:80-400份碳化硅,10-150份二氧化硅,5-50份三氧化二铁,20-200份棕刚玉,20-200份氧化铬,5-90份三氧化二锰,10-100份二氧化钛,6-55份氧化钴,6-100份氧化铈,50-300份氧化锆,200-300份硅酸锆,5-50份高岭土,4-35份滑石;
原料的细度如下:碳化硅、二氧化硅、三氧化二铁、棕刚玉、氧化铬、三氧化二锰的细度分别为800-1000目,二氧化钛、氧化钴、氧化铈、氧化锆、硅酸锆、高岭土、滑石的细度分别为600-800目;
所述高温釉面涂料采用包括如下步骤的方法制备而成:
(a)、按配比称取各组分,将碳化硅、二氧化硅、三氧化二铁、棕刚玉、氧化铬、三氧化二锰、二氧化钛、氧化钴、氧化铈、氧化锆、硅酸锆放入球磨机中混合、研磨成粉;
(b)、将步骤a制备的粉料放入烧结炉中烧结,烧结温度为1200℃-1300℃,时间为2-3h,再冷却至室温;
(c)、将步骤b烧结后的物料放入球磨机中进行研磨,研磨至物料的粒径变为200-300nm;
(d)、将高岭土、滑石加入步骤c研磨后的物料中,搅拌均匀,搅拌时间为0.5-2h,搅拌速度为1000-1300转/分钟;
(e)、将步骤d搅拌后的物料放入研磨机中研磨10-30min,即得产品。
2.根据权利要求1所述的高温釉面涂料,其特征在于,由如下重量份的原料制备而成:215份碳化硅,80份二氧化硅,15份三氧化二铁,70份棕刚玉,100份氧化铬,55份三氧化二锰,30份二氧化钛,20份氧化钴,35份氧化铈,120份氧化锆,225份硅酸锆,20份高岭土,15份滑石。
3.根据权利要求1-2任一所述高温釉面涂料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(a)、按配比称取各组分,将碳化硅、二氧化硅、三氧化二铁、棕刚玉、氧化铬、三氧化二锰、二氧化钛、氧化钴、氧化铈、氧化锆、硅酸锆放入球磨机中混合、研磨成粉;
(b)、将步骤a制备的粉料放入烧结炉中烧结,烧结温度为1200℃-1300℃,时间为2-3h,再冷却至室温;
(c)、将步骤b烧结后的物料放入球磨机中进行研磨,研磨至物料的粒径变为200-300nm;
(d)、将高岭土、滑石加入步骤c研磨后的物料中,搅拌均匀,搅拌时间为0.5-2h,搅拌速度为1000-1300转/分钟;
(e)、将步骤d搅拌后的物料放入研磨机中研磨10-30min,即得产品。
4.根据权利要求1-2任一所述高温釉面涂料的粘结剂,其特征在于,由如下重量份的组分组成:150-350份硅溶胶,50-100份PA-80胶,100-250份水玻璃,100-130份羧甲基纤维素。
5.根据权利要求4所述高温釉面涂料的粘结剂,其特征在于,由如下重量份的组分组成:220份硅溶胶,60份PA-80胶,125份水玻璃,120份羧甲基纤维素。
6.根据权利要求1-2任一所述高温釉面涂料的使用方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)清理炉膛受热表面:去除炉膛受热表面的灰尘、污垢;
(2)喷涂处理液:清理炉膛受热表面后,用处理液对炉膛受热表面进行喷涂;
(3)喷涂涂料:将涂料与粘结剂按重量比1:3混合均匀,再涂抹于炉膛受热表面,涂层厚1-2mm,晾干;
(4)烧结固化:将炉膛内升温至100℃,保温3-5h,再升温至200℃,保温1.5-3h,继续升温至600℃,保温3-5h,再升温至1000℃,保温1.5-3h,即可。
7.根据权利要求6所述高温釉面涂料的使用方法,其特征在于,所述步骤(2)中,处理液为水玻璃。
8.根据权利要求6所述高温釉面涂料的使用方法,其特征在于,所述步骤(3)中,采用自然晾干,晾干的时间为16-30h。
9.根据权利要求6所述高温釉面涂料的使用方法,其特征在于,所述步骤(4)中,将炉膛内升温至100℃,保温4h,再升温至200℃,保温2h,继续升温至600℃,保温4h,再升温至1000℃,保温2h,即可。
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