CN103305039B - 一种红外辐射涂料及其制备方法和一种红外辐射涂层 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种红外辐射涂料，所述红外辐射涂料由组分A与组分B按重量比为1：（1～2）混合而成；其中，所述组分A中含有具有稳定尖晶石结构的陶瓷粉料和高温膨胀调节剂，所述高温膨胀调节剂选自莫来石和/或堇青石；所述组分B中含有磷酸盐和水性树脂。本发明还提供了所述红外辐射涂料的制备方法和由该红外辐射涂料形成的红外辐射涂层。本发明提供的红外辐射涂料，成本低，具有稳定的高红外辐射率，形成的涂层具有良好的蓄热能力和高耐热震稳定性。

Description

一种红外辐射涂料及其制备方法和一种红外辐射涂层

技术领域

本发明涉及冶金和涂料技术领域，具体涉及一种红外辐射涂料及其制备方法和一种红外辐射涂层。

背景技术

炼铁高炉热风炉的作用是将鼓风加热到一定温度，用以提高高炉的效益和效率。炼铁厂高炉热风炉一般采用“两烧一送”的送风制度，格子砖先吸收燃烧室高温烟气的辐射热量，提高热风炉蓄热室温度，然后通入冷风，经格子砖加热到1150～1250 ℃后送至炼铁厂。如何提高风温是高炉冶炼的关键技术，常用的方法是混烧高热值煤气，增加热风炉格子砖的换热面积，改变格子砖的材质、密度等方法来提高风温。

随着材料制备技术和红外辐射机理研究的不断发展，材料设计及其复合技术给红外辐射材料的研制注入了新的活力。国内外大量的研究和实际应用表明，在工业炉窑内壁上涂覆红外辐射涂料，可以提高炉窑内壁的黑度、改善炉内热交换、提高物料与辐射波的匹配性、减少热损失等，从而提高炉窑的热效率，该类涂料是工业炉窑节能降耗、简便易行的有效措施之一。目前国外性能较好的红外节能原材料主要采用辐射率较高的过渡金属氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的多元体系，红外辐射材料的开发重点主要集中在通过高温烧结提高红外辐射率方面。然而，由于红外辐射涂料的成本较高，简单的将各种红外辐射粉料直接通过机械混合方式的工艺方法难以从根本上控制涂层中红外辐射组分的组成与结构，造成涂层的红外辐射性能与节能效果产生波动，涂层的抗热震性未得到有效的解决，实际应用中涂层经常出现脱落等问题，影响了其推广应用。

发明内容

本发明解决了现有技术中的红外辐射涂料存在的成本高、涂层的抗热震性较差的技术问题。

本发明提供了一种红外辐射涂料，所述红外辐射涂料由组分A与组分B按重量比为1：（1～2）混合而成；

其中，所述组分A中含有具有稳定尖晶石结构的陶瓷粉料和高温膨胀调节剂，所述高温膨胀调节剂选自莫来石和/或堇青石；

所述组分B中含有磷酸盐和水性树脂。

本发明还提供了所述的红外辐射涂料的制备方法，包括按各组分按比例混合均匀即可。

最后，本发明一种红外辐射涂层，所述红外辐射涂层通过将本发明提供的红外辐射涂料涂覆至耐火基材表面形成。

本发明提供的红外辐射涂料，通过采用具有尖晶石结构的陶瓷粉料与高温膨胀调节剂复配，一方面能保证涂料具有稳定的高红外辐射率，另一方面能降低原材料成本，调整涂层与耐火材料热膨胀系数的匹配性，同时采用磷酸盐和水性树脂复配体系，使得涂层中形成有蜂窝状微细通孔，与耐火材料材料形成渗态结合，提高涂层的蓄热能力和耐热震稳定性。

具体实施方式

本发明提供了一种红外辐射涂料，所述红外辐射涂料由组分A与组分B按重量比为1：（1～2）混合而成；

其中，所述组分A中含有具有稳定尖晶石结构的陶瓷粉料和高温膨胀调节剂，所述高温膨胀调节剂选自莫来石和/或堇青石；

所述组分B中含有磷酸盐和水性树脂。

本发明提供的红外辐射涂料，通过采用具有尖晶石结构的陶瓷粉料与高温膨胀调节剂复配，一方面能保证涂料具有稳定的高红外辐射率，另一方面能降低原材料成本，调整涂层与耐火材料热膨胀系数的匹配性，同时采用磷酸盐和水性树脂复配体系，使得涂层中形成有蜂窝状微细通孔，与耐火材料材料形成渗态结合，提高涂层的蓄热能力和耐热震稳定性。

本发明中，所述陶瓷粉料可采用现有技术中常见的各种过渡金属氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的多元体系，本发明没有特殊限定。优选情况下，作为本发明的一种优选实施方式，本发明中，所述陶瓷粉料具有尖晶石结构，其由过渡金属氧化物烧结得到，其中，所述过渡金属氧化物选自MnO₂、Fe₂O₃、CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、NiO中的一种或多种。所述陶瓷粉料的粒径≥320目，但不局限于此。

优选情况下，所述组分A中，陶瓷粉料的含量为40~60wt%，莫来石的含量为0~60wt%，堇青石的含量为0~60wt%，且莫来石与堇青石的含量不同时为0。

本发明中，所述磷酸盐选自磷酸铝、磷酸铬、磷酸铝铬中的一种或多种。采用磷酸盐和水性树脂复合体系，水性树脂可在常温下快速成膜与基材形成良好的附着，高温下磷酸盐形成P₂O₅-Cr₂O₃和P₂O₅-Al₂O₃等无机聚合物骨架，并与耐火材料形成渗态结合。而且随着温度的升高，水性树脂有机物在高温下逐步分解，涂层中形成蜂窝状微细通孔，从而能有效提高涂层的蓄热能力和耐热震稳定性。

优选情况下，所述组分B中，磷酸铝的含量为0~20wt%，磷酸铬的含量为0~20wt%，磷酸铝铬的含量为20~40wt%，水性树脂的含量为40~60wt%。优选情况下，所述水性树脂为5~8wt%的聚乙烯醇缩甲醛水溶液。

综上，本发明提供的红外辐射涂料，其全波段辐射率平均为0.88～0.92，长期使用稳定，使用温度高达1450℃，且施工工艺简单。采用低成本的工业莫来石和堇青石作为高温膨胀调节剂，提高了涂层的耐热震稳定性，降低了节能涂料的生产成本。

本发明还提供了所述的红外辐射涂料的制备方法，包括按各组分按比例混合均匀即可。例如，可以直接先将组分A、B分别混合均匀后，再将二者混合，也可直接将所有组分一次性混合，本发明没有特殊限定。

最后，本发明一种红外辐射涂层，所述红外辐射涂层通过将本发明提供的红外辐射涂料涂覆至耐火基材表面形成。表面具有该涂层的耐火材料具有辐射传热快、热穿透力强、能够快速加热受热面，提高燃料热能利用效率的优点。

本发明中，所述耐火基材为热风炉蓄热室炉壁、格子砖或蓄热球。在耐火材料表面涂覆高温红外辐射涂料后，可在不改变燃料种类、不增加格子砖材质和换热面积的情况下通过提高耐火材料的蓄热能力提高热风温度，延长送风时间，达到节能减排的效果。经国家耐火材料质量监督检验中心检验，热风炉高铝砖蓄热体涂覆节能涂料后在600℃时蓄热能力平均提高8.8%，在1200℃时蓄热能力平均提高21%。

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

按以下质量分数称取各原料，混合后得到本实施例的红外辐射涂料S1：

由60wt%MnO₂、20wt%Fe₂O₃、10wt%CuO、5wt%Co₂O₃、5wt%NiO粉料经1300℃烧结、粉碎制备成D90≥325目的尖晶石结构陶瓷粉料     60质量份；

莫来石                             40质量份；

磷酸铝                             20质量份；

磷酸铬                             20质量份；

磷酸铝铬                           20质量份；

8wt%聚乙烯醇缩甲醛水溶液             40质量份。

在高铝砖蓄热体涂覆上述红外辐射涂料S1，形成的红外辐射涂层的辐射率为0.92，在1200℃时蓄热能力提高30%。

实施例2：

按以下质量分数称取各原料，混合后得到本实施例的红外辐射涂料S2：

由50wt%MnO₂、40wt%Fe₂O₃、10wt%Co₂O₃ 经1320℃烧结、粉碎制备成D90≥600目的尖晶石结构陶瓷粉料                   40质量份；

堇青石                     60质量份；

磷酸铬                     10质量份；

磷酸铝铬                   40质量份；

6wt%聚乙烯醇缩甲醛水溶液     50质量份。

在硅砖蓄热体涂覆上述红外辐射涂料S2，形成的红外辐射涂层的辐射率为0.88，在600℃时蓄热能力提高5%。

实施例3

按以下质量分数称取各原料，混合后得到本实施例的红外辐射涂料S3：

由30wt%MnO₂、20wt%Fe₂O₃、10wt%CuO、30wt%Cr₂O₃、10wt%NiO经1360℃烧结、粉碎制备成D90≥500目的尖晶石结构陶瓷粉料       40质量份；

堇青石                                 30质量份；

莫来石                                 30质量份；

磷酸铝铬                               80质量份；

5wt%聚乙烯醇缩甲醛水溶液               120质量份。

在高铝砖蓄热体涂覆上述红外辐射涂料S3，形成的红外辐射涂层的辐射为率0.89，在1200℃时蓄热能力提高18%。

实施例4

按以下质量分数称取各原料，混合后得到本实施例的红外辐射涂料S4：

由30wt%MnO₂、10wt%CuO、50wt%Cr₂O₃、10wt%NiO经1350℃烧结、粉碎制备成D90≥400目的尖晶石结构陶瓷粉料。        50质量份；

堇青石                    10质量份；

莫来石                    40质量份；

磷酸铝                    10质量份；

磷酸铝铬                  40质量份；

5wt%聚乙烯醇缩甲醛水溶液    50质量份。

在硅砖蓄热体涂覆上述红外辐射涂料S4，形成的红外辐射涂层的辐射率为0.91，在1200℃时蓄热能力提高26%。

实施例5

按以下质量分数称取各原料，混合后得到本实施例的红外辐射涂料S5：

由70wt%MnO₂、20wt%CuO、5wt%Co₂O₃、5wt%NiO经1360℃烧结制备成D90≥325目的尖晶石结构陶瓷粉料         60质量份；

堇青石                     40质量份；

磷酸铝                     10质量份；

磷酸铬                     10质量份；

磷酸铝铬                   30质量份；

8wt%聚乙烯醇缩甲醛水溶液     50质量份。

在高铝砖蓄热体涂覆上述红外辐射涂料S5，形成的红外辐射涂层的辐射率为0.92，在600℃时蓄热能力提高12%。

性能测试

耐热震稳定性：在70mm×120mm×20mm的高铝砖或硅砖耐火材料表面分别涂覆实施例1-5的红外辐射涂料S1~S5，涂覆厚度为0.1～0.3mm，涂层干燥后在室温下置于加热炉中升至1300℃保持30min，然后迅速取出冷却至室温。如此连续循环5次以上，涂层脱落面积均＜5%，说明本发明提供的红外辐射涂料形成的涂层具有良好的抗热震性。

以上实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种红外辐射涂料，其特征在于，所述红外辐射涂料由组分A与组分B按重量比为1：（1～2）混合而成；

其中，所述组分A中含有具有稳定尖晶石结构的陶瓷粉料和高温膨胀调节剂，所述高温膨胀调节剂选自莫来石和/或堇青石；

所述组分B中含有磷酸盐和水性树脂；

所述磷酸盐选自磷酸铝、磷酸铬、磷酸铝铬中的一种或多种；

所述组分B中，磷酸铝的含量为0~20wt%，磷酸铬的含量为0~20wt%，磷酸铝铬的含量为20~40wt%，水性树脂的含量为40~60wt%。

2.根据权利要求1所述的红外辐射涂料，其特征在于，所述陶瓷粉料由过渡金属氧化物烧结得到，所述过渡金属氧化物选自MnO₂、Fe₂O₃、CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、NiO中的一种或多种。

3.根据权利要求1或2所述的红外辐射涂料，其特征在于，所述陶瓷粉料的粒径≥320目。

4.根据权利要求1所述的红外辐射涂料，其特征在于，所述组分A中，陶瓷粉料的含量为40~60wt%，莫来石的含量为0~60wt%，堇青石的含量为0~60wt%，且莫来石与堇青石的含量不同时为0。

5.根据权利要求1所述的红外辐射涂料，其特征在于，所述水性树脂为5~8wt%的聚乙烯醇缩甲醛水溶液。

6.权利要求1所述的红外辐射涂料的制备方法，其特征在于，包括按各组分按比例混合均匀即可。

7.一种红外辐射涂层，其特征在于，所述红外辐射涂层通过将权利要求1-5任一项所述的红外辐射涂料涂覆至耐火基材表面形成。

8.根据权利要求7所述的红外辐射涂层，所述耐火基材为热风炉蓄热室炉壁、格子砖或蓄热球。