CN104744973B - 一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料及其制备、使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料及其制备、使用方法，该加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料包括A组份和B组份，所述A组份为金属氧化物混合物，占两者总量的30～35%；所述B组份为耐高温粘合剂，占两者总量的65～70%。本发明具有抗高温氧化、抗腐蚀的功能，延长炉管的使用寿命，能够增加炉管表面的传热，提高了换热效率，降低加热炉的燃料消耗，达到节能目的，在不改变设备结构的条件下，强化辐射传热，投资少、见效快、施工简便，有利于产业化推广。

Description

一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料及其制备、使用方法

技术领域

本发明涉及陶瓷涂料领域，特别是指一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料及其制备、使用方法。

背景技术

我国有近百万台工业加热炉，热能利用率比国外低10～20个百分点，尤其是中、高温加热炉是重点耗能大户，节能减排刻不容缓。中、高温加热炉的传热方式以辐射传热为主，过去用碳化硅等高辐射材料为主体制备涂料，经工业应用表明，这种涂料高温下易被氧化，并被碱性炉渣侵蚀，虽经加入抗氧化剂和采用薄膜技术改进，但这种涂料的使用寿命仍达不到工业要求。

近年来，国际上应用喷涂高辐射陶瓷涂料方法，对加热炉进行技术改造，已在美、英、德等国家得到了广泛应用，并取得显著的节能减排效果。这种涂料有两个主要产品，即耐火材料用涂料和金属用涂料。我国多年来在加热炉内衬使用的耐火材料和电炉用加热体使用的电加热带应用喷涂高辐射陶瓷节能涂料的方法进行工业化研究和应用，但在炉管用高辐射陶瓷节能涂料少见研究及工业应用。

本发明对加热炉进行技术改造取得节能减排，延长设备使用寿命，提高其综合经济效益达到的预期效果。从冶金学考虑，在炉管制造过程中，使其炉管表面具有高辐射性，同时具有高的化学冶金结合性和耐热震性能，此技术国外正在研究中。

发明内容

本发明提出一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料，解决了现有技术中加热炉炉管用涂料的使用寿命短、能耗高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料，包括A组份和B组份，所述A组份为金属氧化物混合物，占两者总量的30～35%；所述B组份为耐高温粘合剂，占两者总量的65～70%。

优选地，所述A组份具体为三氧化二钴、三氧化二铝、二氧化锰和氧化铜；所述三氧化二钴占A组份总量的25～35%，所述三氧化二铝占A组份总量的10～20%，所述二氧化锰占A组份总量的20～30%，所述氧化铜占A组份总量的25～35%。

优选地，所述B组份具体包括硅溶胶和助剂，其中所述硅溶胶具体浓度为20%～25%的二氧化硅水溶液，所述助剂具体包括增稠剂、防沉剂和润湿剂，所述增稠剂占所述B组份总量的1%～2%，所述防沉剂占所述B组份总量的3%～6%，所述润湿剂占所述B组份总量的1%～2%。

一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：

1）按照比例将所述A组份称取，混合均匀；

2）将所述A组份经1150～1350℃高温烧结1.0h～1.5h，得所述A组份固熔体；

3）将所述A组份固熔体粉碎；

4）将所述B组分和所述A组份固熔体以80～100转/min搅拌混合40min～60min。

优选地，步骤3）中所述A组份固熔体粉碎后的粒径范围为5～10μm。

一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用方法，包括如下步骤：

1）对所述炉管表面进行精细喷砂；

2）对所述炉管表面进行除锈、除垢前处理；

3）在室温10℃～30℃下对所述炉管表面进行喷涂，形成涂层；

4）所述涂层自然干燥12～24h。

优选地，步骤3）中所述涂层厚度范围控制在0.04mm～0.06mm。

优选地，所述涂层的热辐射率ε0.85～0.95。

优选地，具有所述涂层的所述炉管表面受热温度≤700℃，具有所述涂层的所述炉管表面抗热震性700℃≥10次。

本发明提供的加热炉炉管高辐射陶瓷涂料为一种水性高辐射陶瓷节能涂料，是非可燃的无毒无味环保产品，具有高辐射率，高粘合强度，抗热震性能优良的特点。

本发明的有益效果为：

1）本发明提供的加热炉炉管高辐射陶瓷涂料具有抗高温氧化、抗腐蚀的功能，延长炉管的使用寿命；

2）本发明提供的高辐射陶瓷涂料能够增加炉管表面的传热，提高了换热效率，降低加热炉的燃料消耗，达到节能目的；

3）在加热炉负荷相同的情况下，具有本发明提供的高辐射陶瓷涂料涂层的炉管的表面温度比没有这种涂层的炉管温度降低4%～5%，这不仅提高了炉管的使用寿命，更主要的是避免炉管局部过热，引发生产事故，对安全生产具有重要意义；

4）在与加热炉内壁也喷涂本发明提供的高辐射陶瓷涂料相配合的情况下，提高加热炉炉内温度均匀性50%，对改善产品质量和降低尾气有害气体（NOx）的排放具有重要意义；

5）本发明通过对辐射和对流受热面的金属炉管喷涂高辐射陶瓷涂料的方法，有效降低炉管损耗，提高炉管表面的热辐射率。在不改变设备结构的条件下，强化辐射传热，这是一种投资少、见效快、施工简便的新型节能技术，3～6个月内仅节能效益就可收回涂料成本。

6）本发明施工简便，调整涂层与炉管的热膨胀系数趋于一致，以利于延长加热炉炉管的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的制备流程图；

图2为图1所示加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料，包括A组份和B组份，A组份为金属氧化物混合物，占两者总量的30%；B组份为耐高温粘合剂，占两者总量的70%。

A组份具体为三氧化二钴、三氧化二铝、二氧化锰和氧化铜；三氧化二钴占A组份总量的25%，三氧化二铝占A组份总量的10%，二氧化锰占A组份总量的30%，氧化铜占A组份总量的35%。

B组份具体包括硅溶胶和助剂，其中硅溶胶具体为浓度为20%的二氧化硅水溶液，助剂具体包括增稠剂、防沉剂和润湿剂，助剂占B组份总量的10%，增稠剂占B组份总量的2%，防沉剂占B组份总量的6%，润湿剂占所述B组份总量的2%。增稠剂、防沉剂和润湿剂均为陶瓷涂料常用的增稠剂、防沉剂和润湿剂。

实施例2

本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料，包括A组份和B组份，A组份为金属氧化物混合物，占两者总量的35%；B组份为耐高温粘合剂，占两者总量的65%。

A组份具体为三氧化二钴、三氧化二铝、二氧化锰和氧化铜；三氧化二钴占A组份总量的35%，三氧化二铝占A组份总量的20%，二氧化锰占A组份总量的20%，氧化铜占A组份总量的25%。

B组份具体包括硅溶胶和助剂，其中硅溶胶具体为浓度为25%的二氧化硅水溶液，助剂具体包括增稠剂、防沉剂和润湿剂，助剂占B组份总量的5%，增稠剂占B组份总量的1%，防沉剂占B组份总量的3%，润湿剂占所述B组份总量的1%。增稠剂、防沉剂和润湿剂均为陶瓷涂料常用的增稠剂、防沉剂和润湿剂。

实施例3

本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料，包括A组份和B组份，A组份为金属氧化物混合物，占两者总量的32%；B组份为耐高温粘合剂，占两者总量的68%。

A组份具体为三氧化二钴、三氧化二铝、二氧化锰和氧化铜；三氧化二钴占A组份总量的28%，三氧化二铝占A组份总量的18%，二氧化锰占A组份总量的24%，氧化铜占A组份总量的30%。

B组份具体包括硅溶胶和助剂，其中硅溶胶具体为浓度为22%的二氧化硅水溶液，助剂具体包括增稠剂、防沉剂和润湿剂，助剂占B组份总量的8%，增稠剂占B组份总量的1.6%，防沉剂占B组份总量的4.8%，润湿剂占所述B组份总量的1.6%。增稠剂、防沉剂和润湿剂均为陶瓷涂料常用的增稠剂、防沉剂和润湿剂。

本发明提供的加热炉炉管高辐射陶瓷涂料具有抗高温氧化，抗腐蚀功能，延长炉管的使用寿命；同时能够增加炉管表面的传热，提高了换热效率，降低加热炉的燃料消耗，达到节能目的。

实施例4

如图1所示，本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：

1）按照比例将A组份称取，混合均匀；

2）将A组份经1150℃高温烧结1.5h，得A组份固熔体；

3）将A组份固熔体粉碎；

4）将B组分和A组份固熔体以80转/min搅拌混合50min。

步骤3）中A组份固熔体粉碎后的粒径为5μm。

实施例5

如图1所示，本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：

1）按照比例将A组份称取，混合均匀；

2）将A组份经1350℃高温烧结1.0h，得A组份固熔体；

3）将A组份固熔体粉碎；

4）将B组分和A组份固熔体以90转/min搅拌混合60min。

步骤3）中A组份固熔体粉碎后的粒径为10μm。

实施例6

如图1所示，本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：

1）按照比例将A组份称取，混合均匀；

2）将A组份经1260℃高温烧结1.15h，得A组份固熔体；

3）将A组份固熔体粉碎；

4）将B组分和A组份固熔体以100转/min搅拌混合40min。

步骤3）中A组份固熔体粉碎后的粒径为7.5μm。

实施例7

如图2所示，本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用方法，包括如下步骤：

1）对炉管表面进行精细喷砂；

2）对炉管表面进行除锈、除垢前处理；

3）在室温10℃下对炉管表面进行喷涂，形成涂层；

4）涂层自然干燥24h。

步骤3）中涂层厚度范围控制在0.06mm，涂层的热辐射率ε0.85，具有涂层的炉管表面受热温度≤700℃，具有涂层的炉管表面抗热震性700℃10次。

实施例8

如图2所示，本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用方法，包括如下步骤：

1）对炉管表面进行精细喷砂；

2）对炉管表面进行除锈、除垢前处理；

3）在室温30℃下对炉管表面进行喷涂，形成涂层；

4）涂层自然干燥12h。

步骤3）中涂层厚度范围控制在0.04mm，涂层的热辐射率ε0.92，具有涂层的炉管表面受热温度≤600℃，具有涂层的炉管表面抗热震性700℃15次。

实施例9

如图2所示，本发明涉及一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用方法，包括如下步骤：

1）对炉管表面进行精细喷砂；

2）对炉管表面进行除锈、除垢前处理；

3）在室温20℃下对炉管表面进行喷涂，形成涂层；

4）涂层自然干燥18h。

步骤3）中涂层厚度范围控制在0.05mm，涂层的热辐射率ε0.95，具有涂层的炉管表面受热温度≤450℃，具有涂层的炉管表面抗热震性700℃20次。

上述实施例7～9中，在使用涂料喷涂加热炉炉管之前对炉管表面进行电动打磨等除锈、除垢的前处理，这样有利于涂层的均匀性。涂层自然干燥后，即可随炉升温。通过对辐射和对流受热面的金属炉管喷涂高辐射陶瓷涂料的方法，有效降低炉管损耗，大幅度提高炉管表面的热辐射率。同时通过涂料组成和制备方法的调节使形成的涂层与炉管的热膨胀系数趋于一致，有利于炉管使用寿命的延长。

在加热炉负荷相同的情况下，具有本发明提供的高辐射陶瓷涂料涂层的炉管的表面温度比没有这种涂层的炉管温度降低4%～5%，这不仅提高了炉管的使用寿命，更主要的是避免炉管局部过热，引发生产事故，有利于安全生产。

在与加热炉内壁也喷涂本发明提供的高辐射陶瓷涂料相配合的情况下，提高加热炉炉内温度均匀性50%，有利于改善产品质量和降低尾气有害气体（NOx）的排放。

本发明提供的加热炉炉管高辐射陶瓷涂料形成的涂层的寿命，预计5～6年，建议2～3年为一个检修周期限，进行检查修补或重新喷涂。在不改变设备结构的条件下，强化辐射传热，这是一种投资少、见效快、施工简便的新型节能技术，3～6个月内仅节能效益就可收回涂料成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料，其特征在于，包括A组份和B组份，所述A组份为金属氧化物混合物，占两者总量的30～35％；所述B组份为耐高温粘合剂，占两者总量的65～70％；

所述A组份具体为三氧化二钴、三氧化二铝、二氧化锰和氧化铜；所述三氧化二钴占所述A组份总量的25～35％，所述三氧化二铝占所述A组份总量的10～20％，所述二氧化锰占所述A组份总量的20～30％，所述氧化铜占所述A组份总量的25～35％；

所述B组份具体包括硅溶胶和助剂，其中所述硅溶胶具体为浓度为20％～25％的二氧化硅水溶液，所述助剂具体包括增稠剂、防沉剂和润湿剂，所述增稠剂占所述B组份总量的1％～2％，所述防沉剂占所述B组份总量的3％～6％，所述润湿剂占所述B组份总量的1％～2％。

2.一种权利要求1所述的加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按照比例将所述A组份称取，混合均匀；

2)将所述A组份经1150～1350℃高温烧结1.0h～1.5h，得所述A组份固熔体；

3)将所述A组份固熔体粉碎；

4)将所述B组份和所述A组份固熔体以80～100转/min搅拌混合40min～60min。

3.根据权利要求2所述的一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中所述A组份固熔体粉碎后的粒径范围为5～10μm。

4.一种权利要求1所述的加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对所述炉管表面进行精细喷砂；

2)对所述炉管表面进行除锈、除垢前处理；

3)在室温10℃～30℃下对所述炉管表面进行喷涂，形成涂层；

4)所述涂层自然干燥12～24h。

5.根据权利要求4所述的一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用方法，其特征在于，所述步骤3)中所述涂层厚度范围控制在0.04mm～0.06mm。

6.根据权利要求5所述的一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用方法，其特征在于，所述涂层的热辐射率ε0.85～0.95。

7.根据权利要求6所述的一种加热炉炉管用高辐射陶瓷涂料的使用方法，其特征在于，具有所述涂层的所述炉管表面受热温度≤700℃，具有所述涂层的所述炉管表面抗热震性700℃≥10次。