CN1033310C

CN1033310C - 在基体表面喷涂耐火纤维形成耐火纤维层的方法

Info

Publication number: CN1033310C
Application number: CN 93119438
Authority: CN
Inventors: 王晶洁; 高捷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-10-29
Filing date: 1993-10-29
Publication date: 1996-11-20
Anticipated expiration: 2013-10-29
Also published as: CN1087844A

Abstract

本发明涉及在基体表面喷涂耐火纤维形成耐火纤维层的方法。该方法主要是对待喷涂的耐火纤维进行预处理，预处理液是由含非离子表面活性剂的溶液组成，然后将经预处理的耐火纤维和由溶胶、有机物和添加剂组成的结合剂，喷射到待喷涂的表面。本发明的方法具有施工速度快、环境污染小，适用性广的特点，由该方法得到的耐火保温层整体性能好，节能效果显著。

Description

在基体表面喷涂耐火纤维形成耐火纤维层的方法

本发明涉及喷涂表面的技术领域，更具体地说是涉及到将耐火纤维材料和使纤维相粘结的结合剂通过喷涂的方法在表面上形成耐火层。

耐火纤维以其显著的节能效果和良好的使用性能，已广泛地应用于冶金、机械、石化和电子轻工等行业。而耐火纤维炉衬已广泛地应用于金属加工及热处理、化工和陶瓷等行业的窑炉的热工设备，既可用作炉衬材料，也可作为隔热材料，目前作为耐火纤维层炉衬的施工方法国内是层铺法、叠加法、贴面法等等手工操作方法进行现场施工。这些方法皆存在施工周期长、制得的耐火层表面和耐火层与衬底之间有缝隙、对异形复杂曲面难以施工、整体性差，未能充分发挥耐火纤维层的优点。国外近年来逐渐开发出喷涂施工耐火纤维层的技术，如美国专利US4,547,403，该技术中公开了采用喷涂设备将耐火纤维和适宜的结合剂喷射到所需耐火层的表面上。美国专利US4,664,969中公开了一种喷涂施工耐火纤维的方法，该方法中记载由于采用了α氧化铝的粘合剂，从而解决了耐火层与衬底之间结合力问题。美国专利US4,770,707中公开了一种喷涂施工耐火纤维层的方法和装置，其中的结合剂中渗混了一些有粘性作用的介质。但在上述的有关耐火纤维喷涂施工方法的文献中普遍存在这样的缺点，即施工环境差，劳动强度高，由于轻质的纤维细绒易于在空气中飞扬，施工环境中微小纤维浓度高污染严重。从上述专利说明书和附图中也可看出，由于施工环境恶劣，喷涂施工操作人员现场作业时必须穿上全封闭式的保护衣装和笨重的呼吸设备进行操作。因为耐火纤维是由Al₂O₃、SiO₂、TiO₂等无机物组成，当吸入体内后不易排泄，依附于呼吸道系统易于得呼吸道系统疾病，如矽肺病。现在，人们对健康、卫生要求日益重视，对劳动防护提出要求越来越高，如何改善喷涂施工环境，降低劳动强度，减少作业环境中的纤维绒的浓度是急待解决的问题；另外，在上述现有技术中的结合剂存在着成本高、用量大的特点，过量的结合剂在耐火纤维中的存在影响了耐火纤维本身的隔热、保温性能。

本发明人针对上述问题进行了研究，通过对耐火纤维在喷涂前进行预处理，改善了耐火纤维层的表面性能；同时研究出一种新的结合剂与上述预处理过的耐火纤维结合作用，使得喷涂施工环境改善，环境中的微纤维浓度低于劳保要求；另外结合剂的使用，使得成本降低、施工速度加快，施工简便，施工后期无需进行后续处理即完成整个施工过程。

因而本发明的目的就是提供一种改进的耐火纤维层的喷涂施工方法，本发明还提供了一种使耐火纤维有良好结合的结合剂。

下面是对本发明的详细说明。

本发明是一种在基体表面喷涂耐火纤维形成耐火纤维层的方法，该方法由以下步骤组成：

(1)先将待喷涂的纤维用预处理液进行处理，所述的预处理液是由含有0.1-5％(重量)的非离子表面活性剂的水溶液组成，其中的非离子表面活性剂是选自聚氧乙烯醇醚类、聚氧乙烯烷基酚醚类、聚氧乙烯醚类和聚乙二醇类，预处理液与待处理的耐火纤维用量重量比例为1∶5-30；

(2)接着将结合剂均匀喷入上述预处理过的耐火纤维中，其中的结合剂是由含(A)0.5-10％(重量)的，选自水玻璃、硅溶胶和Al₂O₃胶的一种或其混合物；(B)0.1-5％重量的选自丙烯酰胺、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和羧乙基纤维素的一种或其至少两种以上的混合物；(C)0.01-0.5％(重量)的氟硅酸钠和其余是水组成。结合剂与预处理后的纤维用量比例(重量)为1∶0.3-2.0，然后将被结合剂均匀涂覆的耐火纤维束射向待喷涂的表面上；

(3)对已喷得的耐火层进行固化。

可采用本发明的喷涂方法进行喷涂的纤维包括各种类纤维，如保温、隔热、耐火，具体例如矿棉、岩棉、玻璃纤维、普通硅酸铝纤维、高铝纤维等材料，这都在本发明喷涂方法要求保护的范围之内。下面对整个喷涂施工方法进行进一步详细说明。

(1)预处理过程

耐火纤维是一种轻质细绒，通常直径在2-4μm，长度在5-200mm，容重在200kg/m³以下，在以往的喷涂施工方法中，由于这些微纤维本身质量轻，又加之喷射过程中的高速气流冲击，这些细纤维飞扬弥散于施工环境中，由于细绒纤维本身质量轻，又加之喷射过程中的高速气流冲击，这些细纤维飞扬弥散于施工环境中，由于细绒纤维在空气中的悬浮及本身纤维的细小，必须带防护面具，否则对操作者身体极为不利。本发明人研究的纤维的预处理方法是采用本发明的含有非离子表面活性剂的预处理液喷入到纤维中进行预处理，所述的预处理液是由具有水溶性，对纤维具有润湿力和分散力好的表面活性剂水溶液组成。可用的非离子表面活性剂，如(1)聚氧乙烯醇醚类，如聚氧乙烯脂肪醇醚，平平加OS-15，平平加OS-20，平平加A-20；(2)聚氧乙烯烷基酚醚类，如OP-4，OP-7，OP-10；(3)聚氧乙烯醚类，如span-80，span-60；(4)聚乙二醇类，如聚乙二醇(300)单油酸酯，聚乙二醇(400)单硬脂酸酯。该预处理液是采用上述非离子型表面活性剂一种或由一种以上的物质组成的混合物，其含量为0.1-5％的重量百分含量。

对纤维的预处理方法是将上述制得的预处理液与纤维的重量比例为1∶5-30的比例均匀地喷淋到待处理的纤维上，静置5-10分钟即可。

通过对待喷涂的耐火纤维进行上述处理，使得经预处理后的纤维有极好润湿和分散性能，在喷涂过程中易于与结合剂充分均匀混合，被结合剂捕集，因而大大降低了纤维在喷涂施工过程中的逸出量，进而降低了纤维在环境中的浓度，使得操作者可在一般的施工环境中作业，无需任何特殊劳保装备即可施工；此外经预处理纤维强度增加，试验表明经预处理后制得的耐火层整体性提高、强度好、气密性好。

(2)喷涂施工过程

本发明的结合剂是一种由有机物、无机物和添加剂复合而成的复合悬浮液，此结合剂由(A)无机物，即溶胶，占总重量的0.5-10％；此溶胶可为水玻璃、硅溶胶和Al₂O₃之中的一种溶胶或多种的混合物；(B)有机物，是一种或一种以上的下列物质：丙烯酰胺、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和羧乙基纤维素；其占总重量的0.1-5％；另一种(C)氟硅酸钠添加剂，其加入量为0.01-0.5％，其余为水。

将结合剂与纤维的重量比例为1∶0.3-2.0，优选的为1∶0.6-1.2范围使用。采用喷涂机将结合剂均匀地喷涂到耐火纤维上。然后将涂覆有结合剂的耐火纤维喷射到作业面上，达到预定的喷涂厚度，即完成喷涂过程。

本发明的结合剂与经预处理后的纤维有极好渗透力，当结合剂与预处理后的纤维相遇，结合剂可均匀分散于纤维中，使纤维与纤维之间良好交结，减少纤维细绒飞扬，纤维之间及纤维与喷涂面之间结合良好。由结合剂与纤维的用量比例可见，在本发明的结合剂具有用量少的特点。

(3)对已制得的耐火层固化

由于采用了本发明的预处理后的纤维以及结合剂配合使用，结合剂的用量少，而结合剂能均匀分布于纤维中，使纤维之间结合力强，在常温条件下自然干燥后就可使用，无需特殊的凝固结壳阶段；在高湿度和在低温环境，可先将已喷得的耐火层预先加热到450℃，保温8小时后再自由升温则效果更佳。

采用本发明的喷涂施工耐火层的方法所得的耐火层与其他耐火纤维炉衬相比，外观平整致密；由于采用了预处理步骤和结合剂整体强度好；由于一次性喷涂施工作业，因而形成的炉衬无接缝、气密性好。成本降低10％-20％，下表给出了普通硅酸铝纤维，高铝纤维和岩棉的喷涂耐火层的性能。

本发明方法制得喷涂耐火层的性能

以下以具体实施例说明本发明。

对锦州石油化工公司的加氢加热炉上进行喷涂耐火纤维施工，采用美国Unisil公司的D-200喷涂机进行喷涂施工，所用耐火纤维为高铝纤维，直径2-4μm，纤维长度50-100mm，用含4％的OP-4(聚氧乙烯脂肪酚醚)的处理液与耐火纤维的比例以1∶20进行预处理纤维。由硅溶胶5％(重量)，羧甲基纤维素2％(重量)和氟硅酸钠0.2％(重量)配制而成的结合剂水溶液以1∶1与纤维混合喷涂，炉顶面积30m²，喷涂厚度180mm；炉端壁面积22m²，喷涂厚度80mm，将喷涂后表面进行整平、压光即完成整个炉衬的施工，自然干燥，随后可随炉子升温曲线升温。

整体喷涂施工共用16小时，施工后的炉衬外观均匀平整，一次性喷涂成型，整体性好，经装置运行表明，炉外壁温度降低，节能效果明显。

经抽样检测后的喷涂耐火层炉衬的性能如下

导热系数 (W/a·k)(℃)	0.10热面 901℃
导热系数 (W/a·k)(℃)	0.10热面 901℃	加热线收缩 (％)℃×h	-1.71200×6
容重 Kg/m³	244	加热线收缩 (％)℃×h	-1.71200×6

由于上述对本发明的说明可见，由于本发明的独特预处理过程和结合剂，使得本发明的喷涂耐火纤维的方法与现有方法具有以下几个显著优点：施工速度快、施工简单、施工环境好、劳动强度低，整体性提高，气密性好，可适用于各种异形面的施工。此外由于采用本发明的喷涂施工方法所制得耐火层整体性能好，使得外壳温度变化小，隔热效果显著，与其他方法制得的耐火层相比，可节省燃料30％，节能效果达10-30％，具有良好的综合经济效益。

Claims

1.一种在基体表面喷涂耐火纤维形成耐火纤维层的方法，其特征在于，该方法由以下步骤组成：

(1)先将待喷涂的耐火纤维用预处理液进行处理，所述的预处理液是由含有0.1-5％(重量)的非离子表面活性剂的水溶液组成，其中的非离子表面活性剂是选自聚氧乙烯醇醚类、聚氧乙烯烷基酚醚类、聚氧乙烯醚类和聚乙二醇类，预处理液与待处理的耐火纤维用量重量比例为1∶5-30；

(2)接着将结合剂均匀喷入上述预处理过的耐火纤维中，其中的结合剂是由含(A)0.5-10％(重量)的，选自水玻璃、硅溶胶和Al₂O₃胶的一种或其混合物；(B)0.1-5％重量的选自丙烯酰胺、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和羧乙基纤维素的一种或其至少两种以上的混合物；(C)0.01-0.5％(重量)的氟硅酸钠和其余是水组成，结合剂与预处理后的耐火纤维用量比例(重量)为1∶0.3-2.0，然后将被结合剂均匀涂覆的耐火纤维束射向待喷涂的表面上；

(3)对已喷得的耐火层进行固化。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中步骤(2)中的结合剂与预处理后的纤维用量比例(重量)优选范围为1∶0.6-1.2。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中(3)步骤是将喷涂后的耐火纤维层自然干燥后，随衬底升温曲线一同加热。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中(3)步骤可采用先将喷得的耐火层预先加热到450℃，保温8小时后再随衬底一同升温。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中所述的耐火纤维还可以是具有保温、隔热、耐火性能的矿棉、岩棉、玻璃纤维、普通硅酸铝纤维、高铝纤维。