CN104209256B - 一种耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法 - Google Patents

一种耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法,根据金属工艺管线的材料、燃料及锈蚀情况来确定除锈方案,再根据金属工艺管线直径及炉膛温度确定施工涂层厚度,并以此进行喷涂涂料,经自然养护和检测后,随加热炉升温,在500-700℃温度下烧结,形成耐高温强化吸收纳米涂层。该施工方法有效满足专利涂层的施工工艺要求,并能够强化炉内金属工艺管线表面吸收辐射热的能力,在较高温度下热辐射系数的改变更为明显,且提高节能效果。

Description

一种耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法
技术领域
本发明属于无机涂层施工工艺,具体涉及一种耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法。
背景技术
专利号为:ZL201210133414.2的中国专利公开了一种耐高温强化吸收纳米涂料及其制备方法,其中涉及了用于加热炉炉内金属工艺管线表面的涂料,目的在于有效提高金属工艺管线表面的黑度,强化金属工艺管线对辐射热量的吸收,充分利用能量,以达节能的目的。
目前,金属工艺管线表面涂层的一般施工工艺为:先用喷砂或人工除锈的方式进行表面除锈,在达到除锈等级后,用喷涂或手工涂刷的方式完成涂层施工。
然而,上述专利中所述加热炉具有炉膛温度高、温差变幅大、烟气冲刷强、工艺管线布线及材质不同等特点,因此,一般施工方法不能满足其工艺要求。
由于,加热炉内的金属工艺管线是整个装置的关键部件,特别是除锈处理,可能影响到管壁厚度,造成可能的安全隐患,而且涂层厚度的选择,也必须根据炉管的直径有所变化,因此,需对上述专利涂料的涂层选择特定的施工工艺。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法,能够有效满足该涂层的施工工艺要求。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下的技术方案:
一种耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法,包括如下步骤:
a.对加热炉炉内设施进行遮盖保护;
b.对加热炉炉内金属工艺管线进行除锈处理;
c.用搅拌器对耐高温强化吸收纳米涂料进行搅拌均匀并过滤;
d.根据金属工艺管线直径及炉膛温度确定施工涂层厚度,并以此进行喷涂涂料,施工涂层厚度的确定如下:
当T≤600℃时:d≤150mm,对应施工涂层厚度为0.10-0.12mm;150mm≤d<250mm,对应施工涂层厚度为0.12-0.15mm;250mm≤d<400mm,对应施工涂层厚度为0.15-0.18mm;d≥400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;
当600℃≤T<1000℃时:d≤150mm,对应施工涂层厚度为0.12-0.15mmmm;150mm≤d<250mm,对应施工涂层厚度为0.12-0.15mm;250mm≤d<400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;d≥400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;
当1000℃≤T<1400℃时:d≤150mm,对应施工涂层厚度为0.12-0.15mmmm;150mm≤d<250mm,对应施工涂层厚度为0.15-0.18mm;250mm≤d<400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;d≥400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;
e.自然养护8-12小时后,进行涂层厚度、外观、附着力、抗冲击检测;
f.经24小时自然养护后,随加热炉升温,在500-700℃温度下烧结,形成耐高温强化吸收纳米涂层。
在步骤d中,所述喷涂采用重力式喷枪,并以压缩空气为动力,喷涂压力在0.2-0.7MPa。
在步骤d中,所述喷涂分为二至三道成型,具体如下:
第一道喷涂厚度0.02-0.05毫米,喷枪喷嘴孔径为0.055in,涂料喷出量为4-6L/min,喷枪沿管轴向移动速度为0.5-1.0m/s,喷涂结束后自然养护8-12小时;
对第一道涂层进行附着力测试,用涂层附着力检测仪,要求附着力达到0-1级;
第二道喷涂根据确定的施工涂层厚度,喷枪喷嘴孔径为0.070in,涂料喷出量为6-10L/min,沿管轴向来回移动喷涂,单层喷涂厚度需超过0.1mm,喷涂结束后自然养护8-12小时;
对第二道涂层进行涂层厚度、外观检测;
根据检测结果选择第三道喷涂,以对涂层外观及厚度进行调整性的喷涂,喷枪喷嘴孔径为0.055in,涂料喷出量4-6L/min。
在步骤b中,根据金属工艺管线的材料、燃料及锈蚀情况来确定除锈方案,具体如下:
以燃料油为燃料的加热炉金属工艺管线:若材质为碳钢,除锈方案为喷砂除锈,后干冰清洗除锈;若材质为合金钢,除锈方案为先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;若材质为不锈钢,先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;
以天然气或液化气为燃料的加热炉金属工艺管线:若材质为碳钢,除锈方案为,先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;若材质为合金钢,除锈方案为先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;若材质为不锈钢,先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;
以煤炭为燃料的加热炉金属工艺管线:若材质为碳钢,除锈方案为喷砂除锈,后干冰清洗除锈;若材质为合金钢,除锈方案为先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;若材质为不锈钢,先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈。
在步骤b中,除锈后的金属工艺管线表面粗糙度为Ra20-50μm。
在步骤c中,当环境温度在冰点以下,在搅拌前需对涂料进行加热,加热温度100-120℃,搅拌均匀后的涂料经800目的不锈钢筛过滤备用。
采用上述技术方案,该耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法可根据不同炉型、不同金属工艺管线、不同燃料状况、不同炉膛温度等工艺状况,进行相应的耐高温强化吸收纳米涂层施工,在炉内金属工艺管线上烧结成型后,使用数月表面仍然完好,没有出现裂纹、无脱落,有效提高了金属工艺管线对炉内辐射热量的吸收,也对金属工艺管线起到了很好的保护作用,延长了其使用寿命。
具体实施方式
本发明的耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法具体包括如下步骤:
首先,在施工界面搭设脚手架,符合安全施工要求并由专业人员验收合格。
然后,进行加热炉炉内设施保护:包括衬里遮盖保护、燃烧器及其他设施遮盖保护,目的是在除锈及涂层成型过程中,炉内设施免受损坏及污染。
再对加热炉内金属工艺管线锈蚀度进行检查:并根据GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定,确定除锈方案,具体如表2-表4:
表2
表3
表4
在上述除锈方式中,具体工艺见表5:
表5
上述除锈方式的选定,不特定用某种方式,可采用多种方式的结合,根据现场加热炉金属工艺管线的锈蚀情况做出,方案的选定以结果验收符合GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定为最终方案。
后对金属工艺管线表面除锈及验收,见表6:
表6
涂料调配:采用专利号为:ZL201210133414.2的耐高温强化吸收纳米涂料,由于上述专利涂料经长途运输可能有沉淀现象,需用搅拌器将涂料搅拌均匀;另外,环境温度冰点以下的,用加热炉加热,但加热温度100-120℃。搅拌均匀后的涂料经800目的不锈钢筛过滤备用。
然后,根据金属工艺管线直径及炉膛温度确定施工涂层厚度,并以此进行喷涂涂料,施工涂层厚度的确定如表1:
表1
然后再进行涂料喷涂:采用喷涂的施工方式,以压缩空气为动力,喷涂压力在0.2-0.7MPa,喷枪选用重力式喷枪。
喷涂分2-3道成型,第一道考虑到涂料与金属工艺管线的接触面,喷涂厚度0.02-0.05毫米,喷嘴孔径调为0.055in,涂料喷出量4-6L/min,喷枪沿管经向移动速度0.5-1.0m/s,喷涂结束涂层自然养护8-12小时。
对第一道涂层进行附着力测试,用涂层附着力检测仪,按GB9286-88标准,附着力达到0-1级。在涂层检查完好的情况下,进行后续喷涂。如测试不合格,出现开裂、起皮或附着力不够等现象,必须进行局部铲除,并重新打磨、喷涂、养护,直至验收合格。
第二道喷涂时根据上述施工方案所确定的涂层厚度进行喷涂,为厚度形成的喷涂,改用(调整)喷嘴孔径为0.070in,涂料喷出量6-10L/min,可以根据厚度要求沿金属管径方向来回移动的喷涂,但单层需超过0.1mm,然后自然养护8-12小时。
第三道喷涂是根据二道喷涂后测试的厚度及外观的检查结果,对涂层外观及厚度进行调整性的喷涂。喷枪改换(调整)喷嘴孔径为0.055in,涂料喷出量4-6L/min。喷涂完成后,自然养护8-12小时,待检。
涂层交工验收:
加热炉炉内设施保护部分及脚手架拆除清理,材料、辅料及施工机具撤离现场、环境清理及现场恢复。
最后,上述施工工艺完成的涂层经24小时自然养护后,随加热炉升温,在500-700℃温度下烧结,形成耐高温强化吸收纳米涂层。
实施例一
待施工的加热炉烧天然气,炉膛温度800℃,金属工艺管线材质为TP347不锈钢,管径300mm。
施工机具及检测仪器的准备
设备 规格型号 数量 备注
砂轮磨光机 05-100江苏东成 10台 手持式电动除锈
空气压缩机 GE100 250福建巨霸 2台 提供高压空气
喷砂机 2台 金属表面机械除锈
干冰清洗机 2台 金属表面清洗除锈
喷涂机 GP2533 4台
搅拌器 JIZ-FF-16江苏东成 2台 搅拌涂料均匀
轴流风机 SFG4-4上海展高 2台 加热炉密闭空间排风
加热炉 2台 加热涂料
四合一气体检测仪 M40英思科 1台 炉内有害气体检测
湿度温度仪 608-H1德图 1台 环境温、湿度检测
表面粗糙度检测仪 TR100北京时代 2台 除锈后表面粗糙度测试
涂层测厚仪 TT2500北京时代 2台 涂层厚度检测
涂层附着力检测仪 HAK-QFH(划格法) 2台 涂料粘结力测试
冲击测试仪 QCJ 2台 涂层抗冲击力测试
施工界面脚手架搭设,符合安全施工要求并由专业人眼验收合格。
加热炉炉内设施保护:包括衬里遮盖保护、燃烧器及其他设施遮盖保护,目的是在除锈及涂层成型过程中,炉内设施免受损坏及污染。
加热炉金属工艺管线锈蚀度检查。根据GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定,确定除锈方案。
金属工艺管线表面除锈及验收。
除锈方式的选定不特定用某种方式,可能是多种方式的结合,根据现场加热炉金属工艺管线的锈蚀情况做出,方案的选定以结果验收符合GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定为最终方案。
涂层厚度选择。根据金属工艺管线直径及炉膛温度选择涂层厚度为:0.18-0.20mm。
涂料调配:采用的专利涂料的组成及其重量份数为:二氧化钛7份、氧化铁0.8份、氧化锌10份、二氧化锰3份、三氧化铬5份、氧化铯5.5、氧化镁4.5份、碳酸钙3份、金属银11份、五氧化二磷10份、发光粉3份、光稳定剂2.5份、光引发剂4份、紫外线吸收剂3份、抗氧化剂3.5份、氧化钴12份、钨金粉3.5份、硅粉3.5份、钡粉2.5份、钾0.9份、分散剂0.8份、纳米陶瓷1份,其中各固体组分粒度不低于850目。经长途运输可能有沉淀现象,需用搅拌器将涂料搅拌均匀;环境温度冰点以下的,用加热炉加热,但加热温度为100℃。搅拌均匀的涂料经800目的不锈钢筛过滤备用。
涂料喷涂:采用喷涂施工,以压缩空气为动力,喷涂压力在0.2-0.7MPa,喷枪选用重力式喷枪。
喷涂分2-3道成型,第一道考虑到涂料与金属工艺管线的接触面,喷嘴孔径0.055in,涂料喷出量4-6L/min。喷涂厚度为0.02毫米,喷枪沿管经向移动速度0.5-1.0m/s。喷涂结束涂层自然养护8-12小时。
用涂层附着力检测仪测试,按GB9286-88标准,附着力达到0-1级。在涂层检查完好的情况下,进行后续喷涂。如测试不合格,出现开裂、起皮等现象,必须进行局部铲除,并重新打磨、喷涂、养护,直至验收合格。
第二道喷涂根据施工方案设定的涂层厚度,为厚度形成的喷涂,改用喷嘴孔径为0.070in,涂料喷出量6-10L/min,可以根据厚度要求沿金属管径方向来回移动的喷涂,但单层超过1.0mm,然后自然养护8-12小时。
第三道喷涂是根据二道喷涂后测试的厚度及外观的检查结果,对涂层外观及厚度进行调整性的喷涂。喷枪改换喷嘴孔径为0.055in,涂料喷出量4-6L/min。完成厚度0.03-0.05mm,喷涂完成后,自然养护8-12小时,待检。
涂层交工验收。
加热炉炉内设施保护部分及脚手架拆除清理,材料、辅料及施工机具撤离现场、环境清理及现场恢复。
施工工艺完成的涂层经24小时自然养护,随加热炉升温,在500℃温度下烧结,形成耐高温强化吸收纳米涂层。
实施例二
待施工的加热炉烧燃料油,炉膛温度1100℃,金属工艺管线材质为合金钢,管径20mm。
施工机具及检测仪器的准备
设备 规格型号 数量 备注
砂轮磨光机 05-100江苏东成 10台 手持式电动除锈
空气压缩机 GE100 250福建巨霸 2台 提供高压空气
喷砂机 2台 金属表面机械除锈
干冰清洗机 2台 金属表面清洗除锈
喷涂机 GP2533 4台
搅拌器 JIZ-FF-16江苏东成 2台 搅拌涂料均匀
轴流风机 SFG4-4上海展高 2台 加热炉密闭空间排风
加热炉 2台 加热涂料
四合一气体检测仪 M40英思科 1台 炉内有害气体检测
湿度温度仪 608-H1德图 1台 环境温、湿度检测
表面粗糙度检测仪 TR100北京时代 2台 除锈后表面粗糙度测试
涂层测厚仪 TT2500北京时代 2台 涂层厚度检测
涂层附着力检测仪 HAK-QFH(划格法) 2台 涂料粘结力测试
冲击测试仪 QCJ 2台 涂层抗冲击力测试
施工界面脚手架搭设符合安全施工要求,并由专业人员验收合格。
加热炉炉内设施保护:包括衬里遮盖保护、燃烧器及其他设施遮盖保护,目的是在除锈及涂层成型过程中,炉内设施免受损坏及污染。
加热炉金属工艺管线锈蚀度检查。根据GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定,确定除锈方案。
金属工艺管线表面除锈及验收。
除锈方式的选定不特定用某种方式,可能是多种方式的结合,根据现场加热炉金属工艺管线的锈蚀情况做出,方案的选定以结果验收符合GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》的规定为最终方案。
涂层厚度选择。根据金属工艺管线直径及炉膛温度选择涂层厚度为:0.15-0.18mm。
涂料调配:采用的专利涂料的组成及其重量份数为:二氧化钛6份、氧化铁0.8份、氧化锌9份、二氧化锰4份、三氧化铬4份、氧化铯6份、氧化镁4份、碳酸3份、金属10份、五氧化二磷12份、发光粉3份、光稳定剂3.5份、光引发剂3份、紫外线吸收剂4份、抗氧化剂3.5份、氧化钴11份、钨金粉4份、硅粉3份、钡粉3份、钾0.9份、分散剂0.3份、纳米陶瓷2份,其中各固体组分粒度不低于850目。经长途运输可能有沉淀现象,需用搅拌器将涂料搅拌均匀;环境温度冰点以下的,用加热炉加热,但加热温度为120℃。搅拌均匀的涂料经800目的不锈钢筛过滤备用。
涂料喷涂:采用喷涂施工,以压缩空气为动力,喷涂压力在0.2-0.7MPa,喷枪选用重力式,喷嘴孔径0.055in,涂料喷出量4-6L/min。
喷涂分2-3道成型,第一道考虑到涂料与金属工艺管线的接触面,喷涂厚度为0.05毫米,喷枪沿管经向移动速度0.5-1.0m/s。喷涂结束涂层自然养护8-12小时。
用涂层附着力检测仪测试,按GB9286-88标准,附着力达到0-1级。在涂层检查完好的情况下,进行后续喷涂。如测试不合格,出现开裂、起皮等现象,必须进行局部铲除,并重新打磨、喷涂、养护,直至验收合格。
第二道喷涂根据施工方案设定的涂层厚度,为厚度形成的喷涂,改用喷嘴孔径为0.070in,涂料喷出量6-10L/min,可以根据厚度要求沿金属管径方向来回移动的喷涂,但单层超过0.1mm,然后自然养护8-12小时。
第三道喷涂是根据二道喷涂后测试的厚度及外观的检查结果,对涂层外观及厚度进行调整性的喷涂。喷枪改换喷嘴孔径为0.055in,涂料喷出量4-6L/min。完成厚度≦0.03mm,喷涂完成后,自然养护8-12小时,待检。
涂层交工验收。
加热炉炉内设施保护部分及脚手架拆除清理,材料、辅料及施工机具撤离现场、环境清理及现场恢复。
上述施工工艺完成的涂层经24小时自然养护,随加热炉升温,在700℃温度下烧结,形成耐高温强化吸收纳米涂层。
上述涂层性能:
热震稳定性:按JB/T3648.1-1994标准,在1000℃条件下,不低于5次。
耐火度:按GB/T7322-2007标准,不低于1850℃。
附着力(级):按GB/T9286-1998标准,为0-1级。
遮盖力:按GB/T1726-1979(1989)标准,为90g/㎡。
经本发明施工工艺完成的耐高温强化吸收纳米涂料涂层,用于试验的炉体内部,在800℃和1100℃的使用温度下,涂层热辐射系数试验结果:
未涂炉体 实施例1 实施例2
800℃热辐射系数 0.44 0.93 0.94
1100℃热辐射系数 0.46 0.94 0.96
通过该涂层能够将炉内金属工艺管线表面的热辐射系数由ε=0.44~0.46,提高到ε=0.93~0.96,极大地强化了炉内金属工艺管线表面吸收辐射热的能力,在较高温度下热辐射系数的改变更为明显。
本发明施工工艺完成的耐高温强化吸收纳米涂层,应用前后加热炉节能效果的比较结果:
从表中数据可以看出,耐高温强化吸收纳米涂层喷涂后,辐射室外壁平均温度下降了13℃,炉膛温度降低了65℃,排烟温度降低了15℃,平均热效率提高1.63个百分点,达到了良好的节能效果。
综上所述,本发明施工工艺经过不同炉型、不同金属工艺管线、不同燃料状况、不同炉膛温度等工艺状况下的应用实施,完成的耐高温强化吸收纳米涂层,在炉内金属工艺管线烧结上成型后,使用数月表面仍然完好,没有出现裂纹、无脱落,有效提高了金属工艺管线对炉内辐射热量的吸收,也对金属工艺管线起到了很好的保护作用,延长了其使用寿命。
但是,本领域技术人员应该认识到,上述的具体实施方式只是示例性的,是为了更好的使本领域技术人员能够理解本专利,不能理解为是对本专利保护范围的限制,只要是根据本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰,均落入本专利保护的范围。

Claims (4)

1.一种耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
a.对加热炉炉内设施进行遮盖保护;
b.对加热炉炉内金属工艺管线进行除锈处理;
c.用搅拌器对耐高温强化吸收纳米涂料进行搅拌均匀并过滤;
d.根据金属工艺管线直径d及炉膛温度T确定施工涂层厚度,并以此进行喷涂涂料,施工涂层厚度的确定如下:
当T≤600℃时:d≤150mm,对应施工涂层厚度为0.10-0.12mm;150mm≤d<250mm,对应施工涂层厚度为0.12-0.15mm;250mm≤d<400mm,对应施工涂层厚度为0.15-0.18mm;d≥400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;
当600℃≤T<1000℃时:d≤150mm,对应施工涂层厚度为0.12-0.15mm;150mm≤d<250mm,对应施工涂层厚度为0.12-0.15mm;250mm≤d<400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;d≥400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;
当1000℃≤T<1400℃时:d≤150mm,对应施工涂层厚度为0.12-0.15mm;150mm≤d<250mm,对应施工涂层厚度为0.15-0.18mm;250mm≤d<400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;d≥400mm,对应施工涂层厚度为0.18-0.20mm;
e.自然养护8-12小时后,进行涂层厚度、外观、附着力、抗冲击检测;
f.经24小时自然养护后,随加热炉升温,在500-700℃温度下烧结,形成耐高温强化吸收纳米涂层;
在步骤d中,所述喷涂采用重力式喷枪,并以压缩空气为动力,喷涂压力在0.2-0.7MPa;
在步骤d中,所述喷涂分为二至三道成型,具体如下:
第一道喷涂厚度0.02-0.05毫米,喷枪喷嘴孔径为0.055in,涂料喷出量为4-6L/min,喷枪沿管轴向移动速度为0.5-1.0m/s,喷涂结束后自然养护8-12小时;
对第一道涂层进行附着力测试,用涂层附着力检测仪,要求附着力达到0-1级;
第二道喷涂根据确定的施工涂层厚度,喷枪喷嘴孔径为0.070in,涂料喷出量为6-10L/min,沿管轴向来回移动喷涂,单层喷涂厚度需超过0.1mm,喷涂结束后自然养护8-12小时;
对第二道涂层进行涂层厚度、外观检测;
根据检测结果选择第三道喷涂,以对涂层外观及厚度进行调整性的喷涂,喷枪喷嘴孔径为0.055in,涂料喷出量4-6L/min。
2.根据权利要求1所述的耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法,其特征在于:在步骤b中,根据金属工艺管线的材料和燃料来确定除锈方案,具体如下:
以燃料油为燃料的加热炉金属工艺管线:若材质为碳钢,除锈方案为喷砂除锈,后干冰清洗除锈;若材质为合金钢,除锈方案为先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;若材质为不锈钢,先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;
以天然气或液化气为燃料的加热炉金属工艺管线:若材质为碳钢,除锈方案为,先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;若材质为合金钢,除锈方案为先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;若材质为不锈钢,先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;
以煤炭为燃料的加热炉金属工艺管线:若材质为碳钢,除锈方案为喷砂除锈,后干冰清洗除锈;若材质为合金钢,除锈方案为先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈;若材质为不锈钢,先电动砂轮打磨,后干冰清洗除锈。
3.根据权利要求2所述的耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法,其特征在于:在步骤b中,除锈后的金属工艺管线表面粗糙度为Ra20-50μm。
4.根据权利要求1所述的耐高温强化吸收纳米涂层的施工方法,其特征在于:在步骤c中,当环境温度在冰点以下,在搅拌前需对涂料进行加热,加热温度100-120℃,搅拌均匀后的涂料经800目的不锈钢筛过滤备用。
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