CN104497644B - 耐高温无机催化涂层及涂覆该涂层的多孔蜂窝金属燃烧板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种耐高温无机催化涂层及涂覆有该涂层的多孔蜂窝金属燃烧板。耐高温无机催化涂层，按重量百分比，包括5‑10%含镁化合物、10‑25%混合水玻璃、15‑32%拟薄水铝石、3‑7%含镍化合物、3‑6%含钴化合物、2‑5%混合稀土氧化物、5‑15%色母料、20‑30%纯净水。本发明采用以上技术方案，其优点在于，涂覆耐高温的助燃烧催化剂涂层，这种涂层由氧化镁、硅酸铝、无机材料等构成，有效增加燃料与氧气的接触面积，燃料在催化剂的作用下，降低了反应自由能，以更低的温度就发生化学反应，燃料燃烧更均匀、完全和彻底，从而提高了燃料的利用率和燃气具的热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐高温无机催化涂层及涂覆有该涂层的多孔蜂窝状金属燃烧板。
背景技术
利用金属材料的良好特性制成多孔蜂窝状金属板（也叫金属蜂窝载体，简称金属载体），燃气以红外线燃烧方式在灶具、取暖及加热等设备上，得到越来越多的重视。目前所使用的多孔蜂窝金属载体，一般都会在载体的燃烧孔道上涂覆一层燃烧保护涂层；这种涂层中均以有机物作为粘结剂，主要是起新产品的外观装饰作用，其承受的温度在400-600℃，在使用过程中因有机物发生分解，会释放出许多对环境和人体有害的呛人气味，因此，更起不到所谓的催化燃烧效果；当温度超过600℃后涂层就被烧蚀而消失，使载体的金属基材裸露在高温燃气中，失去涂层对金属基材的保护作用；红外线燃烧板的燃烧温度在700-1000℃，在这样的高温下，裸露的金属与燃气中的氧发生化学反应，转变为疏松的氧化物而不断烧蚀、脱落；此外，裸露的载体在使用过程中，被含有盐分的汤水溅湿后，汤水中的卤素及硫等离子会与金属发生强烈的化学反应，进一步加速了金属载体及钎焊料的氧化，加速载体的粉化，从而造成载体厚度不断减薄、以及因钎焊料缺失导致的载体箔片脱焊造成载体芯格出现间隙，当载体薄到一定程度、或载体箔片间隙过大，均易引致灶具等红外线燃烧器的回火等安全事故。因此，使用这种方式的红外线金属燃烧板，其使用时间短、红外效果不佳、而金属载体被氧化后所产生的粉状氧化物，随燃烧热气流四处飘散，更造成室内的进一步环境污染，节能、环保、高效的红外线燃烧性能体现不出来，严重影响了金属红外线燃烧产品的广泛应用。
发明内容
本发明提供一种耐高温无机催化涂层，按重量百分比，按重量百分比，包括5-10%含镁化合物、10-25%混合水玻璃、15-32%拟薄水铝石、3-7%含镍化合物、3-6%含钴化合物、2-5%混合稀土氧化物、5-15%色母料、20-30%纯净水。
其中，混合水玻璃指的是钾钠水玻璃。
本发明采用以上技术方案，其优点在于，涂覆耐高温的助燃烧催化剂涂层，这种涂层由氧化镁、硅酸铝、无机材料有效增加燃料与氧气的接触面积，燃料在催化剂的作用下，降低了反应自由能，以更低的温度就发生化学反应，燃料燃烧更均匀、完全和彻底，从而提高了燃料的利用率和燃气具的热效率。
本发明还提供一种制备该耐高温无机催化涂层的方法，将原料称取并混合均匀，按6-10kg/h的给料速度泵压到气流磨中，同时用0.5-0.85MPa高压空气对混合物料进行强力粉碎，得到物料粒径在5-15µm、粘稠的催化剂浆液。
本发明还提供了一种制备多孔蜂窝金属燃烧板的方法，包括以下几个步骤：
步骤A: 金属载体须进行预处理：除去因制做过程中附着在载体孔道表面的油污、粉尘、毛刺等杂物，再于300-700℃进行表面氧化处理1-3小时；
步骤B:沿金属载体的火孔孔道方向，将催化剂矿化涂层涂覆于已预处理过的金属载体火孔孔道上，然后于200-800℃条件下进行烘干和烧结矿化，得到牢固附着在金属载体孔道上，制备成多孔蜂窝金属燃烧板。
本发明采用以上技术方案，其优点在于，耐高温催化剂涂层，涂覆在火孔孔道上，金属基材与燃料气相隔离，燃气只在催化剂涂层上燃烧，保护载体金属不被氧化，解决了金属因高温被氧化而导致的粉化减薄问题；整体式催化剂燃烧板在使用过程中，因含有盐分的汤、水等浸润时，先与耐高温无机催化涂层相接触而被吸附，继而产生化学反应而被消除，从而保护了金属基材不被侵蚀所致的粉化现象的发生。
优选的，所述步骤B中，涂覆深度2-4mm、厚度30-100µm。
优选的，所述步骤B中，涂覆采用浸涂、喷涂或静电方式。
本发明的有益效果是：
1.本发明所采用的由无机材料制备而成的矿化催化剂涂层，与金属材料膨胀性能进行了精确匹配，能牢固地负着在金属基体上，具有优良的耐骤冷骤热性能，在1100℃以下长期使用不粉化、不脱落、不分解；温度达1300℃方才开始产生烧结，但仍保持良好的催化燃烧性能；避免了载体的金属材料直接与燃气相接触、在高温条件下被快速氧化而出现粉化减薄和载体箔片的脱焊问题；
2.本发明所采用的由无机氧化物材料制备成的耐高温催化涂层，在使用过程中，因意外接触到含有氯化钠及其它盐类的汤或水溶液时，汤水中能够侵蚀金属材料的卤素或硫等离子，优先与涂层中的氧化物材料进行化学反应而被消除，从而避免了金属基材被侵蚀的情况发生；
3.本发明所采用无机催化剂涂层技术方案，从源头开始就避免了有机粘结剂的使用，保证了涂层的耐高温性能，同时所采用烧结晶化技术，使涂层与金属基材的结合性能得到强化，保证了涂层在长期的高温使用条件下，不粉化、不氧化；
4.本发明的耐高温高效催化涂层，有效降低了燃料的活化自由能，同时提供很大的比表面积，从而使燃料与氧气混合更充分、按照GB16410-2007《家用燃气灶具国家标准》进行检测，燃料转化率高达99%以上，燃烧烟气中的一氧化碳不超过20ppm，远低于相关的国家标准，保证燃烧更完全和彻底；燃气在燃烧板各个火孔上所产生的化学反应更均匀一致，热效率达到72%以上，充分发挥红外燃烧技术的高效、节能、环保优势。
附图说明
图1是本发明是蜂窝状金属红外燃烧板的外观示意图。
图2是本发明涂覆耐高温防侵蚀催化剂涂层的金属蜂窝结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
实施例1
图1是涂覆有高性能催化燃烧催化剂的红外线燃烧板，封装固定于燃烧器的燃烧室壳体内；通过金属蜂窝燃烧火孔1控制阀的燃气原料和通过金属蜂窝燃烧板2控制阀的助燃空气，按设定的量进入混气室3进行均匀混合；混合后的燃气通过管路输入到金属载体通道6红外线燃烧单元的燃烧室中再进行均匀分布，燃气在红外线燃烧板的火孔间形成均匀的燃气层，然后煤气和空气入口4点火起动燃烧，在高性能的助燃催化剂作用下，燃气进行剧烈而充分地燃烧，通过所产生的红外线辐射作用将大量的热能直接传递给被加热对象；在每一个燃烧单元中加装了一套安全装置-耐高温防侵蚀催化涂层5，当燃烧单元意外熄灭时，能及时关闭燃气的供气开关，避免燃气泄漏，达到安全的使用目的。
实施例2
图1是一种安装了多孔蜂窝状金属燃烧板的红外线燃烧器，是由进气引射系统、燃烧室壳体及布气装置、金属蜂窝红外燃烧板等部分组成。燃料与空气（简称燃气）混合后从煤气和空气入口4进入燃烧器的混气室3中，燃气在混气室中均匀分布，然后通过载体上的众多管道到达火孔位置，这时，点火后的燃气在耐高温催化涂层表面进行完全的催化燃烧，火孔面因催化燃烧所释放的巨大能量而快速升温，产生鲜亮、均匀的红外燃烧效果，这样，在火孔面上积累的热量就源源不断地以红外线的方式向外进行辐射，充分发挥了节能、环保、热效率高的红外线燃烧优良性能。
图2是涂覆了耐高温催化剂涂层的金属蜂窝红外燃烧板的结构。在金属蜂窝载体孔道6的燃烧火孔端涂覆一定厚度和深度的耐高温催化剂涂层5，涂层所用的材料经烧结晶化后，转变为以一定晶相组成、在高低温条件下结构稳定、与载体金属基材形成矿化的氧化物涂层，牢固地负着在火孔面上，使基材得到极好的保护，燃气燃烧只在火孔的催化剂涂层上进行，这样，金属基材就不会在高温时与燃气中的氧接触，从而避免了因发生氧化反应引起的蜂窝金属燃烧板粉化问题的产生；同理，当汤、水溶液所含的氯化钠或其它的盐时，其中对金属有侵蚀作用的卤素、硫等阴离子，优先被催化剂涂层吸附，在高温时与涂层中的氧化物进行化学反应而被除去，防止了金属基材被侵蚀所致的分解、粉化。
实施例3
催化剂矿化涂层：按重量百分比，5%氧化镁、25%混合水玻璃、15%拟薄水铝石、3%氧化镍、6%氧化钴、5%混合稀土氧化物、15%色母料、26%纯净水。
步骤A: 金属载体须进行预处理：除去因制做过程中附着在载体孔道表面的油污、粉尘、毛刺等杂物，再于300℃进行表面氧化处理3小时；
步骤B:沿金属载体的火孔孔道方向，将催化剂矿化涂层涂覆于已预处理过的金属载体火孔孔道上，然后于200℃条件下进行烘干和烧结矿化，得到牢固附着在金属载体孔道上，制备成多孔蜂窝金属燃烧板。
实施例4
催化剂矿化涂层：按重量百分比， 10%氧化镁、10%混合水玻璃、32%拟薄水铝石、7%氧化镍、3%氧化钴、2%混合稀土氧化物、6%色母料、30%纯净水。
步骤A: 金属载体须进行预处理：除去因制做过程中附着在载体孔道表面的油污、粉尘、毛刺等杂物，再于700℃进行表面氧化处理1小时；
步骤B:沿金属载体的火孔孔道方向，将催化剂矿化涂层涂覆于已预处理过的金属载体火孔孔道上，然后于2800℃条件下进行烘干和烧结矿化，得到牢固附着在金属载体孔道上，制备成多孔蜂窝金属燃烧板。
实施例5
将实施例3和4所制成的耐高温无机催化金属红外线燃烧板，分别封装于炉头上，按照GB16410-2007《家用燃气灶具国家标准》要求，在相应的试验装置上进行检测，炉头燃烧15min后，用环形烟气取样器对烟气进行取样，实测烟气中的CO浓度分别为10ppm、8ppm ，NOx浓度分别为5ppm，6 ppm，均远低于国家标准的要求，说明使用本发明的燃烧板，燃气的燃烧转化率可以高达99%以上，燃料燃烧完全、彻底；取用标准的26cm铝锅，装相同量的水，与普通灶具炉头进行对比试验，计算水温从室温到沸腾（98℃），实施例3和4的燃烧头所用时间是普通炉头的65%、62%，热效率分别为72%,75%，节能效果得到显著体现,充分体现了本专利燃烧板的高效、节能、环保的良好性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种多孔蜂窝金属燃烧板的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤A: 金属载体须进行预处理，除去附着在载体孔道表面的杂物，再于300-700℃下进行表面氧化处理1-3 小时；
步骤B: 沿金属载体的火孔孔道方向，将耐高温无机催化涂层涂覆于已预处理过的金属载体火孔孔道上，然后于200-800℃下进行烘干和烧结矿化，制备成多孔蜂窝金属燃烧板；
所述耐高温无机催化涂层，按重量百分比，包括5-10% 含镁化合物、10-25% 混合水玻璃、15-32% 拟薄水铝石、3-7% 含镍化合物、3-6% 含钴化合物、2-5% 混合稀土氧化物、5-15% 色母料、20-30% 纯净水；所述步骤B 中，涂覆的深度为2-4mm、厚度30-100μm。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐高温无机催化涂层的制备方法包括：称取原料并混合均匀，按10kg/h 的给料速度泵压到气流磨中，同时用0.5-0.85MPa 气压对混合物料进行粉碎，得到物料粒径在5-15μm 的催化剂浆液。
3.如权利要求1 所述的方法，其特征在于，所述步骤B 中，涂覆采用浸涂、喷涂或静电方式。
4.如权利要求1 所述的方法，其特征在于，所述含镁化合物采用氧化镁，所述含镍化合物采用氧化镍，所述含钴化合物采用氧化钴。
5.一种多孔蜂窝金属燃烧板，其特征在于，所述多孔蜂窝金属燃烧板上涂覆有如权利要求1 中所述的耐高温无机催化涂层。
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