CN103467139A - 一种碳质材料的防氧化涂料及其配制和施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳质材料的防氧化涂料，以重量百分比计，所述防氧化涂料包括高碳粉煤灰55～65％、膨润土2～5％、耐火粉5～10％、磷酸20～35％及多聚磷酸钠0～1％。所述防氧化涂料的配制工艺为：将55～65份高碳粉煤灰、2～5份膨润土和5～10份耐火粉按配比加入20～35份磷酸中，再加入0～1份多聚磷酸钠，采用高速搅拌或者球磨制浆的方式配制成粘稠状液体即得到所述防氧化涂料。所述防氧化涂料的施工工艺为：将所述防氧化涂料手工涂刷或机械喷涂在待处理的碳质材料的基体表面，放置晾干后进行干燥处理。本发明可以应用于多种碳质材料的防氧化，降低消耗；该涂料采用二次资源作为主要原料，成本低、效果好。

Description

一种碳质材料的防氧化涂料及其配制和施工工艺
技术领域
本发明属于防护材料技术领域，更具体地讲，涉及一种石墨等碳质材料的防氧化涂料及其配制和施工工艺。
背景技术
碳质材料如石墨电极、石墨坩埚、含碳耐火材料等在高温氧化气氛下很容易被氧化，采用有效的防护措施进行保护很有必要。目前普遍采用的保护方式是浸泡浸渍液或涂刷高温防氧化涂料。对于涂刷防氧化涂料的方法而言，目前市售的防氧化涂料成本较高，使用效果也参差不齐，企业难以选择。
通过专利文献和非专利文献查阅，现有技术中涉及的防氧化涂料普遍采用硅铝质为基料，以钾钠水玻璃、硅溶胶、磷酸二氢铝、铝溶胶等作为粘结剂，通过添加其它成分用于改善防护涂料的性能。但是，以钾钠水玻璃、硅溶胶、磷酸二氢铝、铝溶胶等作为粘结剂的涂料在常温下硬化而在热处理过程中易膨胀和破损，容易造成氧的进入而导致基质被氧化；并且，上述现有技术中的粘结剂都为水溶性粘结剂，只能在100℃以下涂刷，否则会冒泡导致涂层不致密。
因此，需要提供一种在高温环境下对碳质材料防护良好并能够实现高温涂刷的防氧化涂料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用高碳粉煤灰等二次资源为主要原料，能对碳质材料保护良好的防氧化涂料。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种碳质材料的防氧化涂料，以重量百分比计，所述防氧化涂料包括高碳粉煤灰55～65％、膨润土2～5％、耐火粉5～10％、磷酸20～35％及多聚磷酸钠0～1％。
根据本发明的碳质材料防氧化涂料的一个实施例，以重量百分比计，所述高碳粉煤灰含有C固8～20％、SiO250～65％、Al2O315～25％；所述膨润土为钠基膨润土且含有Na2O3～5％、SiO250～65％、Al2O315～34％；所述耐火粉为高铝耐火粉且其中的Al2O3≥55％；所述磷酸的质量浓度≥90％；所述多聚磷酸钠为工业纯级别。
根据本发明的碳质材料防氧化涂料的一个实施例，所述高碳粉煤灰、膨润土、耐火粉的粒度为200目以下。
根据本发明的碳质材料防氧化涂料的一个实施例，所述防氧化涂料的最高使用温度为1200℃。
本发明的另一方面提供了上述碳质材料的防氧化涂料的配制工艺，将55～65份高碳粉煤灰、2～5份膨润土和5～10份耐火粉按配比加入20～35份磷酸中，再加入0～1份多聚磷酸钠，采用高速搅拌或者球磨制浆的方式配制成粘稠状液体即得到所述防氧化涂料。
本发明的又一方面提供了上述碳质材料的防氧化涂料的施工工艺，将所述防氧化涂料手工涂刷或机械喷涂在待处理的碳质材料的基体表面，放置晾干后进行干燥处理。
根据本发明的碳质材料的防氧化涂料的施工工艺的一个实施例，在手工涂刷或机械喷涂所述防氧化涂料之前，对待处理的碳质材料的基体表面进行清灰处理。
根据本发明的碳质材料的防氧化涂料的施工工艺的一个实施例，在待处理的碳质材料的基体表面至少涂刷或喷涂两遍所述防氧化涂料，保证涂层厚度在0.5mm以上。
根据本发明的碳质材料的防氧化涂料的施工工艺的一个实施例，所述干燥处理的温度为100～300℃。
本发明主要针对碳质材料高温氧化的特点，采用高碳粉煤灰等二次资源为主要原料及磷酸为粘结剂，获得的防氧化涂料具有在碳质材料表面粘附牢固、在高温下硬化并能烧结成陶瓷状、不产生裂纹和剥落等特点，对碳质材料的高温保护作用良好。本发明可以推广应用在使用温度在1200℃以下的镁碳砖、铝碳砖、电解铝石墨阳极、石墨坩埚等的防氧化，应用领域较广。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例具体描述本发明的碳质材料的防氧化涂料及其配制和施工工艺。
根据本发明的碳质材料的防氧化涂料主要有基料、粘结剂、添加剂三部分构成，其中，基料包括高碳粉煤灰、膨润土和耐火粉，粘结剂采用磷酸，添加剂采用多聚磷酸钠。具体地，磷酸作为高温粘结剂使用，既能在低温下使涂料硬化形成陶瓷层，同时又能使涂料对碳质材料表面的润湿性好，便于涂刷施工，粘附性良好。高碳粉煤灰主要作为填料使用，其为硅铝质且内部有不定型玻璃体，便于烧结成瓷；高碳粉煤灰中的碳含量较高，可以起到防氧化的作用；并且，高碳粉煤灰作为二次资源被用作本发明的防氧化涂料的主要原料，有利于二次资源的回收利用，具有较好的环境效益和社会效益。膨润土主要用于改善涂料的粘附、涂刷性能，同时可以作为烧结剂改善涂层的烧结性，优选地使用钠基膨润土。耐火粉，主要是起耐火骨架作用，防止高温时涂层熔融流淌，耐火度在1600℃上的耐火粉均可，优选地采用高铝耐火粉。
具体地，以重量百分比计，上述防氧化涂料包括高碳粉煤灰55～65％、膨润土2～5％、耐火粉5～10％、磷酸20～35％及多聚磷酸钠0～1％。其中，高碳粉煤灰为二次资源，其成本低，因此作为主要填料，配比较高。膨润土主要起到改善涂料的粘性和烧结性作用，如果其加入量大，成本较高且涂料的烧结温度显著下降，不利于涂料的高温保护。耐火粉主要起耐火骨架作用，其加入量小将不利于涂料的高温保护，其加入量大则影响涂料的烧结成瓷和致密化。磷酸作为粘结剂，其主要与填料配比形成符合涂刷施工要求的具备一定粘度的涂料，其加入量小，则涂料粘度大，不利于涂刷；其加入量大，则涂料的有效成分少，涂料粘度较低，不利于涂刷和保护。并且，磷酸的加入量与其浓度有关，浓度低则加入量低，浓度高则加入量大。优选地采用浓磷酸作为粘结剂，以浓磷酸作为粘结剂时，涂料所形成的涂层在500℃以上才会烧结，在室温至500℃的过程中随着粘结剂的脱水等反应，涂层会产生收缩作用使得涂层与基质粘附牢固，使氧不易进入；并且，采用浓磷酸作为粘结剂，其水分含量少，还可以实现高温涂刷施工。
其中，对于原料的具体要求包括：
1）高碳粉煤灰、膨润土、耐火粉的粒度为200目以下。基于传统的涂料配制经验，200目以下的基料便于涂料的搅拌和分散且涂料不易沉降，同时基料的粒度越细，所形成的涂层越致密，则防护性越好。
2）高碳粉煤灰含有C固8～20％、SiO250～65％、Al2O315～25％；膨润土为钠基膨润土且含有Na2O3～5％、SiO250～65％、Al2O315～34％；耐火粉为高铝耐火粉且其中的Al2O3≥55％；磷酸的质量浓度≥90％；多聚磷酸钠为工业纯级别。
并且，本发明的防氧化涂料的最高使用温度为1200℃。因此，该防氧化涂料可以应用于使用温度在1200℃以下的镁碳砖、铝碳砖、电解铝石墨阳极、石墨坩埚等的防氧化。并且，该防氧化涂料的生产成本较低，在碳质材料的表面粘附牢固，在高温下硬化并烧结成陶瓷状，不会产生裂纹和剥落，对碳质材料的保护良好。
本发明的防氧化涂料的配制工艺为：将55～65份高碳粉煤灰、2～5份膨润土和5～10份耐火粉按配比加入20～35份磷酸中，再加入0～1份多聚磷酸钠，采用高速搅拌或者球磨制浆的方式配制成粘稠状液体即可。其中，可以将高碳粉煤灰、膨润土和耐火粉按配比先混合成基料，再将基料加入磷酸中。优选地，基料的粒度小于200目。
本发明的防氧化涂料的施工工艺：将配制好的防氧化涂料手工涂刷或机械喷涂在待处理的碳质材料的基体表面，放置晾干后进行干燥处理，干燥处理的温度以100～300℃为宜，然后正常使用。为了保证涂刷或喷涂效果，最好在手工涂刷或机械喷涂防氧化涂料之前，对待处理的碳质材料的基体表面进行清灰处理。涂刷或喷涂防氧化涂料时，最好在待处理的碳质材料的基体表面至少涂刷或喷涂两遍，并保证涂层厚度在0.5mm以上以确保涂料的防氧化效果。
下面通过具体示例对本发明的碳质材料的防氧化涂料进行进一步的说明。
示例1至4的原料配比见表1所示，按照表1中的四个示例方案配制出四组防氧化涂料，分别涂刷在电解铝用的石墨阳极试样表面，将处理后的试样分别在110℃的温度下干燥24h并再在1000℃的温度下热处理10h以检验防氧化涂料对碳质材料的防护效果。示例1至示例4的四组防氧化涂料的试验结果也如表1所示。
由表1中的试验结果可知，采用本发明的防氧化涂料处理碳质材料之后，石墨电极材料在氧化气氛下的氧化损失率降低明显，防护效果良好。
Figure BDA0000372104840000041
Figure BDA0000372104840000051
综上所述，本发明的碳质材料的防氧化涂料可以推广应用于镁碳砖、铝碳砖、电解铝石墨阳极、石墨坩埚等的防氧化，有利于降低消耗，能为企业生产一定的经济效益；同时该涂料采用二次资源作为主要原料，成本低且防护效果好，社会效益和环保效益显著。
尽管已经具体描述了本发明的碳质材料的防氧化涂料及其配制和施工工艺，但是本领域的技术人员应该知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种形式的改变。

Claims (9)

1.一种碳质材料的防氧化涂料，其特征在于，以重量百分比计，所述防氧化涂料包括高碳粉煤灰55～65％、膨润土2～5％、耐火粉5～10％、磷酸20～35％及多聚磷酸钠0～1％。
2.根据权利要求1所述的碳质材料防氧化涂料，其特征在于，以重量百分比计，所述高碳粉煤灰含有C固8～20％、SiO250～65％、Al2O315～25％；所述膨润土为钠基膨润土且含有Na2O3～5％、SiO250～65％、Al2O315～34％；所述耐火粉为高铝耐火粉且其中的Al2O3≥55％；所述磷酸的质量浓度≥90％；所述多聚磷酸钠为工业纯级别。
3.根据权利要求1所述的碳质材料防氧化涂料，其特征在于，所述高碳粉煤灰、膨润土、耐火粉的粒度为200目以下。
4.根据权利要求1所述的碳质材料防氧化涂料，其特征在于，所述防氧化涂料的最高使用温度为1200℃。
5.如权利要求1至4中任一项所述的碳质材料的防氧化涂料的配制工艺，其特征在于，将55～65份高碳粉煤灰、2～5份膨润土和5～10份耐火粉按配比加入20～35份磷酸中，再加入0～1份多聚磷酸钠，采用高速搅拌或者球磨制浆的方式配制成粘稠状液体即得到所述防氧化涂料。
6.如权利要求1至4中任一项所述的碳质材料的防氧化涂料的施工工艺，其特征在于，将所述防氧化涂料手工涂刷或机械喷涂在待处理的碳质材料的基体表面，放置晾干后进行干燥处理。
7.根据权利要求6所述的碳质材料的防氧化涂料的施工工艺，其特征在于，在手工涂刷或机械喷涂所述防氧化涂料之前，对待处理的碳质材料的基体表面进行清灰处理。
8.根据权利要求6所述的碳质材料的防氧化涂料的施工工艺，其特征在于，在待处理的碳质材料的基体表面至少涂刷或喷涂两遍所述防氧化涂料，保证涂层厚度在0.5mm以上。
9.根据权利要求6所述的碳质材料的防氧化涂料的施工工艺，其特征在于，所述干燥处理的温度为100～300℃。
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