CN103861994B - 用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料，它包括以下质量百分比的组分：硅藻土25～30%，膨胀珍珠岩粉2～5%，锆英粉5～10%，钠基膨润土2～5%，硅溶胶3～5%，糊精2～4%，k-12十二烷基硫酸钠0.1～0.3%，水50%～55%；其中：37%≤硅藻土+膨胀珍珠岩粉+锆英粉≤42%，7%≤钠基膨润土+硅溶胶+糊精≤10%；其生产方法，它包括以下步骤：（1）粉碎原料；（2）干混及加水混合；（3）最后加入k-12十二烷基硫酸钠，并搅拌均匀即可；与现有技术相比，本发明具有对模具附着力较好，流动性、耐高温性和透气性均较好，易清除及可使产品表面刺凸（麻面）分部较均匀的特点。

Description

用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于阴极保护材料制备技术领域，特别是涉及一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料及其制备方法。

背景技术

阴极保护是一种防止金属腐蚀发生的电化学保护技术，其原理是向被保护金属结构物表面施加一个外加电流，被保护结构物成为阴极，从而使得金属腐蚀发生的电子迁移得到抑制，避免或减弱腐蚀的发生。阴极保护技术分为两种：外加电流阴极保护和牺牲阳极阴极保护。

高硅铸铁阳极由于具有消耗率低、使用寿命长，允许电流密度大、保护范围广，接地电阻小、极化电位稳定，利用率高等优点，是外加电流阴极保护系统理想的辅助阳极，被广泛应用于石油、天然气、化工厂、发电厂和自来水公司等金属构筑物的保护与防腐蚀。

高硅铸铁管状阳极单位重量的表面积比棒状阳极大，在保护对象具有同等电流密度的保护情况下，管状阳极同棒状阳极相比，可减轻阳极重量，减少材料消耗，节约建设成本。

管状阳极目前有三种生产方式：砂型重力浇铸、金属模重力浇铸和金属模离心浇铸，金属模离心浇铸比前两种生产方式具有阳极晶粒细化、均匀、结合牢固、产品性能提高、使用寿命延长，生产效率高，模具投入小等优点，成为最常用的生产方式。

高硅铸铁管状阳极采用离心浇铸时，需要涂料喷涂在模具内腔表面，起到耐火耐热、透气保温、脱模的作用，浇注出来的铸件清除涂料后，得到成型的高硅铸铁管状阳极；由于高硅铸铁阳极成分特征，含硅、铬较高(硅含量14％～15％，铬含量4～5％)，溶液流动性较差；铸件壁厚较薄(一般为10～15mm)，长度较长(2米以上)，为保证壁厚均匀，所以要求浇注温度较高；含硅较高，所以铸件脆性较大，为了保证阳极的运输、安装及使用性能，要求铸件内部结晶细化均匀，组织致密，没有气孔，所以要求涂料具有更高的耐火耐温性能、流动性和悬浮性以及较小的发气量。阳极表面积＝3.14*D*L(D为阳极外径，L为阳极长度)，阳极的表面积完全决定于阳极外径及长度，但这只是针对光面的高硅铸铁管状阳极的表面；而制备麻面的高硅铸铁管状阳极的表面，可以增加阳极的表面积，能降低阳极单位面积的电流量(电流密度)，提高阳极的防腐蚀保护性能。

现有技术用于离心制备金属管的涂料有，中国发明专利CN1520951公开了一种离心铸造高合金炉管金属型涂料及方法，成分为：锆英粉100KG、硅溶胶5～15KG、莹石粉2～6KG、膨润土3～8KG加入轮碾机内，干混15分钟，加入用水溶解的80～200KG纤维素、80～200KG聚乙烯醇和5KG水，混碾3小时；加入硅溶胶5～15KG混碾30分钟，由于粘结剂的不同在喷涂后涂层的低温强度增加；由于纤维素和聚乙烯醇的加入，使涂料在低温时的塑性增加，提高了涂料层在浇注时抗冲刷的能力和金属性高速运转时抗震动的能力；但这种涂料用于离心铸造辐射管时，涂料已粘附于辐射管表面，且不易清除，影响辐射管的辐射换热效果，如果用于制备高硅铸铁管状阳极，更影响高硅铸铁阳极的电子扩散，影响防腐蚀保护效果。中国发明专利CN1109395也公开了一种离心铸造型桶涂料，它由基料、辅料、水组成，其特征在于它的化学成分(重量％)是将(基料+辅料)作为100％计算，水是(基料+辅料)总重的100～250％，所述(基料+辅料)的化学成分(重量％)为：石英或锆英石中任一种：55～95％，高岭石型耐火粘土：3.5～40％，水玻璃或硅溶胶：1～5％，碳酸钠或苛性钠：0.1～0.5％,羟甲基纤维素钠：0.01～0.1，所述耐火粘土的粒度要求：﹤10μm的颗粒不低于45％，﹤1μm的颗粒不低于1.5％；但这种涂料用于离心铸造高硅铸铁管状阳极时，涂料也易粘附于高硅铸铁管状阳极表面，且不易清除，更影响高硅铸铁阳极的电子扩散，影响防腐蚀保护效果。中国发明专利CN1116141公开了一种离心铸造管型涂料，其组成及其重量比是：100份基料、100～120份水、5～8份膨润土、0.15～0.3份Na₂CO₃、还可加入0.1～0.3份阴离子表面活性剂，其中，基料是硅藻土和石英粉，基料采用计算重量，其余组分采用实际重量，基料的计算重量与其实际重量之间的关系为：W(计)_硅藻土＝3W(实)_硅藻土，W(计)_石英粉＝W(实)_石英粉，该涂料具有很好的悬浮性，低的发气性、很好的脱模性及抗铁水冲刷性能和绝热耐火性能，但用于离心铸造高硅铸铁管状阳极时，不易在管的外表面获得均匀分布的麻面，且如有石英粉则涂料容易粘附在高硅铸铁管状阳极外表面，影响高硅铸铁阳极的电子扩散，进而影响防腐蚀保护效果。中国发明专利CN1775414还公开了一种核电厂用离心铸造高合金炉用涂料的制作配方和工艺，其成分(以100kg计算)：硅微粉30％+硅藻土70％16-25kg/磷酸二氢铝3-5kg、膨润土3-5kg和PVA0.5-2kg、其余为锆英粉；其制作方法：先将膨润土3-5kg与硅微粉30％+硅藻土70％16-25kg用球磨机混碾，加适量水搅拌1小时，再加入锆英粉搅拌1小时，然后加磷酸二氢铝3-5kg和PVA液0.5-2kg再搅拌2小时，即可得到该涂料；但用于离心铸造高硅铸铁管状阳极时，也不易在管的外表面获得均匀分布的麻面，进而影响高硅铸铁阳极的电子扩散，影响防腐蚀保护效果。日本专利JP5401920-A也公开了一种离心铸造钢(或镍基合金)管的涂料，涂料中含有B₄C，易在铸管表面形成一层含硼硬化层，有利于提高铸管表面的耐磨性，但用于离心铸造高硅铸铁管状阳极，在管的外表面也不易获得均匀分布的麻面。发明专利RO95387-A也公开了一种用于离心铸钢的耐火涂料，含1.5-5％膨润土、0.3-1.5％淀粉、2-5％水玻璃、0.1-0.2％苯酚或甲醛溶液，但人体吸入苯酚后，会产生呼吸困难和头痛，并刺激眼睛，而甲醛也是原浆毒液，能与蛋白质结合，吸入高浓度甲醛后，会出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛，也可发生支气管哮喘，因涂料都身体有害，不宜用于离心铸造高硅铸铁管状阳极。中国发明专利CN101502868一种离心铸造辐射管涂料及其制备方法，其公开了涂料的质量百分数组成是：25-30％硅藻土、5-10％锆英粉、1.0-1.2％钛粉、1.5-1.8％铁粉、4.5-5.0％钠基膨润土、2.0-2.5％聚乙烯醇、0.8-1.0％海藻酸钠、3.5-4.0％硅溶胶、0.8-1.0％十二烷基苯磺酸钠、0.05-0.08％硅烷、46.82-49.95％水，其中35％≤硅藻土+锆英粉≤37％，2.7％≤钛粉+铁粉≤2.9％，8.0％≤钠基膨润土+聚乙烯醇+海藻酸钠≤8.2％；制备方法是：先将200-280目钠基膨润土、200-280目锆英粉、200-280目钛粉和200-280目钛粉按上述配比加入轮碾机内，干混15-25min；然后按上述配比依次加入海藻酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硅烷、聚乙烯醇和水，混碾180-240min；然后按上述配比加入硅溶胶混碾30-40min；最后将混碾后的涂料经80-100目筛子过筛，除去杂质；但用于离心铸造高硅铸铁管状阳极时，耐高温性能不够，表面容易出现铸造缺陷，也不易在管的外表面获得均匀分布的麻面。

发明内容

本发明针对以上问题提供一种对模具附着力较好，流动性、耐高温性和透气性均较好，易清除及可使产品表面刺凸(麻面)分部较均匀的用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料。

本发明解决以上问题所用的技术方案是：提供一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料，它包括以下质量百分比的组分：

硅藻土25～30％，膨胀珍珠岩粉2～5％，锆英粉5～10％，钠基膨润土2～5％，硅溶胶3～5％，糊精2～4％，k-12十二烷基硫酸钠0.1～0.3％，水50～55％；

其中：37.5％≤硅藻土+珍珠岩粉+锆英粉≤42％，7％≤钠基膨润土+硅溶胶+糊精≤10％。

本发明的另一目的是：提供一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料的生产方法，它包括以下步骤：

(1)对组分中的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土进行破碎、碾压并过筛，得到粉末，粉末的目数大于等于250目；

(2)将步骤(1)中粉碎后的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土及糊精按比例进行干混，混合均匀后，放入搅拌机容器中，按比例加硅溶胶、水，浸泡的时间为6小时以上，用搅拌机充分搅拌，得到水溶性涂料，搅拌时间6小时以上；

(3)最后按比例加入k-12十二烷基硫酸钠，并搅拌均匀即可。

采用以上组分配比和方法后，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明涂料的耐火材料主要为硅藻土，还包括锆英粉和膨胀珍珠岩粉，且整体的百分比含量在37.5～42％；硅藻土是一种硅质岩石，成分以SiO2为主的，熔点在1650℃以上，耐高温，悬浮性能好，吸附性能强，混合均匀性好，而且材料来源广，成本低，用在离心浇铸高硅铸铁阳极，可使铸件表面光滑，无粘附，无结巴；而加入锆英粉是为了进一步提高涂料的耐高温性能，因锆英粉耐火度在2400℃以上；而虽然膨胀珍珠岩粉的耐火度相对前两者差些，但其多孔性对阳极表面质量的提高大有好处，膨胀珍珠岩粉对于有些含有结晶水的材料(如膨润土)失水时放出的气体可以贮存在多孔质的涂层内，从而防止气体浸入铸件外表面形成的气坑、气孔缺陷；且耐火材料整体含量较高，使得涂料的耐高温性能大幅提高。

2、本发明涂料的粘接剂和悬浮剂是由钠基膨润土+硅溶胶+糊精组成；而钠基膨润土较好的粘接性、吸附性、润滑性，也有强的悬浮性，进而提高涂料的悬浮性；而硅溶胶和糊精都能起到较强粘接作用，使涂料具有良好的高温结合强度，进而改善铸件表面质量，糊精还可以增加涂料的溶解性和乳化作用，大幅改善涂料的流动性能，即使耐火材料整体含量较高，也可保证涂料具有较好的流动性，使涂料具有良好的附着力、流动性和透气性，喷涂时更加均匀，可有效减少阳极表面缺陷，保证铸件的组织和性能，而浇注后容易脱模，易清除；从而使得产品表面的刺凸(麻面)分部较均匀，而均匀分布的刺凸(即麻面)使得阳极的表面积增加20％以上，能降低阳极单位面积的电流量(电流密度)，进而提高阳极的防腐蚀保护性能。

3、本发明涂料组份中的k-12十二烷基硫酸钠(又称AS，简称SDS，属阴离子表面活性剂，别名：椰油醇(或月桂醇)硫酸钠、K12等)为发泡剂，k-12十二烷基硫酸钠为白色或淡黄色粉状，溶于水，对碱和硬水不敏感，易溶于水，与阴离子、非离子复配伍性好，具有良好的乳化、发泡、渗透、去污和分散性能，是一种无毒的阴离子表面活性剂，其生物降解度>90％，故可使得涂料在喷涂在模具内壁后能行成较均匀的凹槽，从而使得产品表面的刺凸(麻面)的均匀性更好。

4、本发明涂料组份中的载液为水，且在上述配比的各组分的综合作用下，在保证涂料其它性能及产品各项性能的前提下，水的配比可达到50～55％，进而可大幅降低涂料的生产成本。

5、本发明涂料中的组份较少，且各组份的原料来源广，价格低，可有效地降低成本。

作为优选，所述的糊精为白糊精。

附图说明

图1为使用本发明涂料生产的高硅铸铁管状阳极的图片。

图2为使用本发明涂料生产的高硅铸铁管状阳极的断口图片。

图3为使用现有技术涂料生产的高硅铸铁管状阳极的断口图片。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步描述。

实施例1

一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料的生产方法，它包括以下步骤：

(1)对组分中的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土进行破碎、碾压并过筛，得到粉末，粉末的目数大于等于250目(本例为250目)，当然也可以直接在市场上购买符合要求的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土；

(2)将步骤(1)中粉碎后的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土及糊精按比例进行干混，混合均匀后，放入搅拌机容器中，按比例加硅溶胶、水，浸泡时间为7小时，用搅拌机充分搅拌，得到水溶性涂料，搅拌时间为7小时，具体的配比为：硅藻土25％，膨胀珍珠岩粉2.5％，锆英粉10％，钠基膨润土2％，糊精2％(本例为干糊精)，硅溶胶3％，水57.4％；

(3)最后按比例加入k-12十二烷基硫酸钠，k-12十二烷基硫酸钠0.1％，并搅拌均匀即可。

实施例2

一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料的生产方法，它包括以下步骤：

(1)对组分中的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土进行破碎、碾压并过筛，得到粉末，粉末的目数大于等于250目(本例为300目)，当然也可以直接在市场上购买符合要求的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土；

(2)将步骤(1)中粉碎后的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土及糊精按比例进行干混，混合均匀后，放入搅拌机容器中，按比例加硅溶胶、水，浸泡时间为8小时，用搅拌机充分搅拌，得到水溶性涂料，搅拌时间为8小时，当然还可根据实际情况，延长搅拌时间，具体的配比为：硅藻土27％，膨胀珍珠岩粉3％，锆英粉8％，钠基膨润土3％，硅溶胶4％，糊精3％(本例为白糊精)，水51.8％；

(3)最后按比例加入k-12十二烷基硫酸钠，k-12十二烷基硫酸钠0.2％，并搅拌均匀即可。

实施例3

一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料的生产方法，它包括以下步骤：

(1)对组分中的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土进行破碎、碾压并过筛，得到粉末，粉末的目数大于等于250目(本例为300目)，当然也可以直接在市场上购买符合要求的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土；

(2)将步骤(1)中粉碎后的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土及糊精按比例进行干混，混合均匀后，放入搅拌机容器中，按比例加硅溶胶、水，浸泡时间为9小时，用搅拌机充分搅拌，得到水溶性涂料，搅拌时间为9小时，当然还可根据实际情况，延长搅拌时间，具体的配比为：硅藻土28％，膨胀珍珠岩粉5％，锆英粉5％，钠基膨润土5％，硅溶胶3％，糊精2％(本例为黄糊精)，水51.7％；

(3)最后按比例加入k-12十二烷基硫酸钠，k-12十二烷基硫酸钠0.3％，并搅拌均匀即可。

实施例4

一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料的生产方法，它包括以下步骤：

(1)对组分中的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土进行破碎、碾压并过筛，得到粉末，粉末的目数大于等于250目(本例为350目)，当然也可以直接在市场上购买符合要求的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土；

(2)将步骤(1)中粉碎后的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土及糊精按比例进行干混，混合均匀后，放入搅拌机容器中，按比例加硅溶胶、水，浸泡时间为9小时，用搅拌机充分搅拌，得到水溶性涂料，搅拌时间为9小时，当然还可根据实际情况，延长搅拌时间，具体的配比为：硅藻土30％，膨胀珍珠岩粉5％，锆英粉7％，钠基膨润土2％，硅溶胶3％，糊精2％(本例为干糊精)，水50.7％；

(3)最后按比例加入k-12十二烷基硫酸钠，k-12十二烷基硫酸钠0.3％，并搅拌均匀即可。

实施例5

一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料的生产方法，它包括以下步骤：

(1)对组分中的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土进行破碎、碾压并过筛，得到粉末，粉末的目数大于等于250目(本例为350目)，当然也可以直接在市场上购买符合要求的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土；

(2)将步骤(1)中粉碎后的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土及糊精按比例进行干混，混合均匀后，放入搅拌机容器中，按比例加硅溶胶、水，浸泡时间为9小时，用搅拌机充分搅拌，得到水溶性涂料，搅拌时间为9小时，当然还可根据实际情况，延长搅拌时间，具体的配比为：硅藻土28％，膨胀珍珠岩粉4％，锆英粉5％，钠基膨润土2％，硅溶胶3％，糊精4％(本例为干糊精)，水53.8％；

(3)最后按比例加入k-12十二烷基硫酸钠，k-12十二烷基硫酸钠0.2％，并搅拌均匀即可。

实施例5

一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料的生产方法，它包括以下步骤：

(1)对组分中的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土进行破碎、碾压并过筛，得到粉末，粉末的目数大于等于250目(本例为350目)，当然也可以直接在市场上购买符合要求的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土；

(2)将步骤(1)中粉碎后的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土及糊精按比例进行干混，混合均匀后，放入搅拌机容器中，按比例加硅溶胶、水，浸泡时间为9小时，用搅拌机充分搅拌，得到水溶性涂料，搅拌时间为9小时，当然还可根据实际情况，延长搅拌时间，具体的配比为：硅藻土26％，膨胀珍珠岩粉5％，锆英粉6％，钠基膨润土2％，硅溶胶3％，糊精2.8％，水55％；

(3)最后按比例加入k-12十二烷基硫酸钠，k-12十二烷基硫酸钠0.2％，并搅拌均匀即可。

上述生产过程中所用的设备均为市售的常规设备。

从图1可以看出，使用本发明涂料生产的高硅铸铁管状阳极表面形成均匀分布的凸点(麻面)，阳极的表面积比现有技术生产的麻面阳极表面积增加10％以上，能使用中能降低阳极单位面积的电流量(电流密度)20％以上，从而提高阳极的防腐蚀保护性能，延长阳极寿命。

从图2和图3可以看出，使用本发明涂料生产的高硅铸铁管状阳极从断口看比现有技术生产的阳极晶粒更细小、均匀，结合也更加牢固，故阳极的机械性能及腐蚀性能也有较大的提高。

以上实施例仅为本发明的较佳实施例，本发明不仅限于以上实施例还允许有其它结构变化，凡在本发明独立权要求范围内变化的，均属本发明保护范围。

Claims (2)

1.一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料，其特征在于：它包括以下质量百分比的组分：

硅藻土25～30％，膨胀珍珠岩粉2～5％，锆英粉5～10％，钠基膨润土2～5％，硅溶胶3～5％，糊精2～4％，k-12十二烷基硫酸钠0.1～0.3％，水50％～55％；

其中：37％≤硅藻土+膨胀珍珠岩粉+锆英粉≤42％，7％≤钠基膨润土+硅溶胶+糊精≤10％，所述的糊精为白糊精。

2.一种用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料的生产方法，用于生产如权利要求1所述的用于生产高硅铸铁管状阳极的涂料，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)对组分中的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土进行破碎、碾压并过筛，得到粉末，粉末的目数大于等于250目；

(2)将步骤(1)中粉碎后的硅藻土、膨胀珍珠岩粉、锆英粉和钠基膨润土及糊精按比例进行干混，混合均匀后，放入搅拌机容器中，按比例加硅溶胶、水，浸泡的时间为6小时以上，用搅拌机充分搅拌，得到水溶性涂料，搅拌时间6小时以上；

(3)最后按比例加入k-12十二烷基硫酸钠，并搅拌均匀即可。