CN106065203A - 一种高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺 - Google Patents

一种高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺 Download PDF

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Abstract

一种高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺，属于耐高温节能涂层施工技术领域。施工步骤如下：1)高温罩式炉纤维炉衬表面清洁、洒水润湿；2)配制高温红外辐射涂料并将其喷注于高温罩式炉纤维炉衬表面；3)涂料干燥并随炉烧结。本发明所述施工工艺简单易操作，喷涂一次即可，施工后节能涂层与基体粘接牢固，热导率低，保温效果好，高温下长期使用不开裂、不脱落，有效减轻了炉体的烧损，延长了炉体使用寿命。

Description

一种高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺
技术领域
本发明属于耐高温涂层施工技术领域，具体涉及一种大型高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺。
背景技术
红外辐射节能技术的应用是提高工业窑炉的能源利用效率的一种有效途径。将红外辐射涂料应用在工业窑炉耐火材料炉衬表面，可以有效提高炉内参与辐射传热物体表面的红外辐射能力及其光谱特性，增强炉内的辐射传热效率，改善窑炉内部温度均匀性，加快工件加热速度，缩短生产周期，提高工业窑炉的能源使用率，并具有降低烟气排放温度、延长工业窑炉使用寿命等良好的综合效益。
专利号为：ZL201010103489.7的中国专利公开了一种耐高温反辐射无机涂料及其制备方法，该专利文献中涉及一种涂覆于窑炉内衬的耐高温反辐射无机涂料，其目的在于通过该涂料的涂覆，有效提高窑炉内衬表面的黑度，改善炉衬对炉膛的辐射传热，充分利用能源，以达到节能目的。实际上，高效长寿涂层的形成不仅取决于涂料的设计配方，而且还取决于涂料的施工工艺。涂料施工工艺的优良直接影响了涂层与基材界面结合的强弱和涂层寿命的长短。目前，窑炉内衬表面涂层的一般施工工艺为：内衬表面清灰处理，然后多次刷喷完成施工。
大型高温罩式炉间隙式作业，常年在还原气氛下的工作温度为1200℃，而且外罩起吊频繁，具有震动大、温度周期变化大、气体侵蚀强等特点。因此，采用一般的施工工艺不仅工作量大，也无法满足相关特制涂料的工艺要求。如果施工工艺选择不当，轻则可能导致涂层结合不牢，出现开裂、脱落现象，重则影响生产，发生质量安全事故。故需进一步对高温罩式炉相应特制涂料选择特定的施工工艺，以保证形成的涂层满足生产工艺要求，具有重要的实际应用意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺，涉及的施工工艺简单方便易操作，一次喷涂施工即可，极大减小了施工强度，而且采用配套研制的涂料施工后涂层与纤维炉衬基体牢固结合，可保证涂层长时间运行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺，包括如下步骤：1)高温罩式炉纤维炉衬表面清洁、洒水润湿；2)配制高温红外辐射涂料并将其喷注于高温罩式炉纤维炉衬表面；3)涂料干燥并随炉烧结。
上述方案中，在步骤1)中所述清洁步骤为清除纤维炉衬表面的灰砂、污垢和脏物，便于涂料的附着，提高界面结合强度；炉衬表面洒水润湿是为了避免涂料中的粘结剂组分被大量吸入耐火纤维内部而降低涂层强度。
上述方案中，所述步骤2)中所述喷注过程采用大孔径喷枪喷注涂料方式，以压缩空气为动力，具体步骤如下：喷注前采用压缩空气进行去油预处理，以防止喷注引入杂质；喷注时枪口与纤维炉衬表面距离为15～25cm，气压维持在0.1-0.8MPa，喷注厚度≥1mm，单位面积喷注量为2～7kg/m2。
上述方案中，所述步骤3)中所述干燥步骤采用自然通风干燥，干燥时间为18～36h，至高温红外辐射涂料中水分低于1wt％。
上述方案中，步骤3)中所述随炉烧结工艺为：以1～5℃/min的速率升至500～600℃，保温0.5～2h(低温慢升)；然后以8～12℃/min速率继续升至950～1200℃，保温2～4h；本步骤采用分步加热保温方式，其中第一步低温慢升步骤可防止涂料烧成收缩过大而形成裂纹。
上述方案中，所述高温红外辐射涂料由红外辐射料和有机-无机粘结剂按100:(150～250)的重量比配制并采用高能球磨超细化处理至粒度≤1μm，其中，红外辐射料由以下重量百分比的成分组成：粉煤灰10～50％、莫来石15～40％、氧化铝5～15％、氧化镁5～15％、尖晶石结构红外辐射粉料5～20％。
上述方案中，所述尖晶石结构红外辐射粉料的制备方法包括如下步骤：1)按重量百分比称取钛铁矿粉末20～50％、Fe2O3粉末5～30％、TiO2粉末3～15％、Cr2O3粉末3～20％、Co2O3粉末3～20％、CeO2粉末0.5～10％，均匀混合；2)将混合后的粉料装入石墨反应器中，然后置于大电流脉冲反应合成装置中，保持真空条件，对石墨反应器直接施加脉冲电流，以200～400℃/min的升温速率加热至950～1250℃保温5～30min，然后随炉冷却，得尖晶石结构红外辐射粉料。
上述方案中，所述有机-无机粘结剂由以下质量百分比的成分混合而成：硅溶胶65-85％、铬酐1-5％、铝溶胶6-10％、硅酸酯1-15％、硝酸钾1-15％。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明采用大电流脉冲场致快速合成方法制备红外辐射粉料，反应温度较传统方法低100℃以上，而且反应时间极大缩短，具有升温快、反应快、保温时间短、生产效率高和能耗低等优势；本发明采用的大电流脉冲场致合成技术除了具有热效应，还具有强电磁场非热效应，可影响磁性粉体的晶体结构，促进晶体缺陷结构的产生，加速元素间的扩散，形成强掺杂效应，从而获得结构复杂、晶格畸变大的尖晶石型高红外辐射率粉料。
2)本发明采用高能球磨超细化工艺处理高温红外辐射涂料，一方面可以细化粉体，使其微纳米化，同时促进粉体表面缺陷化，进一步提高红外辐射粉体的辐射率；另一方面可以使涂料混合均匀，形成悬浮流动性良好的浆料。
3)本发明所述有机-无机粘结剂固化烧结后可与纤维基体形成化学界面结合，结合力和抗热震性好。
4)本发明在涂层喷涂之前清理洒水润湿，以增强涂料与基体的界面结合强度；一次喷注，均匀成型，涂层厚度可控，可随炉烧结，涉及的工艺简单，工作量小。
将本发明所述施工工艺应用于武钢30座大型罩式炉纤维炉衬，结果表明：表面涂层在还原气氛、高温及振动大等恶劣工况下运行6年后，涂层无脱落，表面状态良好。
附图说明
图1为喷注成型后罩式炉纤维炉衬壁涂层砌体。
图2为罩式炉纤维炉顶喷注成型后的涂层表观图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下实施例中，如无具体说明采用的试剂均为市售化学试剂或工业产品。
以下实施例中，所述红外辐射料的组成及重量百分比为：粉煤灰40％、莫来石30％、氧化铝10％、氧化镁10％、尖晶石型高辐射粉料10％。
其中，所述尖晶石结构红外辐射粉料的制备包括如下步骤：1)混料：按配比称取各原料后均匀混合，各原料及其所占质量百分比为：FeTiO3粉末30％、Fe2O3粉末25％、TiO2粉末8％、Cr2O3粉末16％、Co2O3粉末16％、CeO2粉末5％；2)将所得混合粉末装入石墨反应器中，然后置入大电流脉冲反应合成装置中，石墨反应器内保持真空；对石墨反应器直接施加脉冲电流，以350℃/min的升温速率加热到1150℃的温度，保温15min，然后随炉冷却，得尖晶石型合成粉体。
以下实施例中，所述无机-有机粘结剂组成及所占质量百分比为：硅溶胶76％、铬酐2％、铝溶胶9％、硅酸酯8％、硝酸钾5％。
实施例1
一种大型高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺，具体包括如下步骤：
1)高温罩式炉纤维炉衬表面清洁、洒水润湿：采用钢丝刷刷擦耐火纤维炉衬表面，然后用扫帚自上而下将表面浮灰、灰砂和疏松脏污清理下来，用压缩空气吹净；炉衬表面清理干净后，均匀喷洒水雾润湿表面；
2)配制高温红外辐射涂料，将红外辐射料和有机-无机粘结剂按重量比100：150配制后高能球磨至粒度≤1μm，形成悬浮流动性良好的涂料；然后采用喷涂工艺将配制的高温红外辐射涂料喷涂于高温罩式炉纤维炉衬表面(见图1)，以压缩空气为动力，喷注压力(气压)为0.8MPa，喷涂距离为15cm(喷注时枪口与炉衬表面距离)，单位面积喷注量为5kg/m2，喷注厚度为2.5mm；
3)涂料干燥并随炉烧结：喷注后的涂料在自然通风环境下阴干18～24h，然后随炉烧结：首先以4℃/min的速率将炉温升至550℃，保温2h；然后以10℃/min的速率继续升至1150℃保温2h。
施工后，所得涂层表面平整、均匀，无漏涂、鼓包、流挂、脱落及开裂缺陷(见图2)。
实施例2
一种大型高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺，具体包括如下步骤：
1)高温罩式炉纤维炉衬表面清洁、洒水润湿：采用钢丝刷刷擦耐火纤维炉衬表面，然后用扫帚自上而下将表面浮灰、灰砂和疏松脏污清理下来，用压缩空气吹净；炉衬表面清理干净后，均匀喷洒水雾润湿表面；
2)配制高温红外辐射涂料，将红外辐射料和有机-无机粘结剂按重量比100：180配制后高能球磨至粒度≤1μm，形成悬浮流动性良好的涂料；然后采用喷涂工艺将配制的高温红外辐射涂料喷涂于高温罩式炉纤维炉衬表面，以压缩空气为动力，喷注压力(气压)为0.5MPa，喷涂距离为15cm(喷注时枪口与炉衬表面距离)，单位面积喷注量为4kg/m2，喷注厚度为1.8mm；
3)涂料干燥并随炉烧结：喷注后的涂料在自然通风环境下阴干18～24h，然后随炉烧结：首先以2℃/min的速率将炉温升至600℃，保温1h；然后以8℃/min的速率继续升至950℃保温2h。
实施例3
一种大型高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺，具体包括如下步骤：
1)高温罩式炉纤维炉衬表面清洁、洒水润湿：采用钢丝刷刷擦耐火纤维炉衬表面，然后用扫帚自上而下将表面浮灰、灰砂和疏松脏污清理下来，用压缩空气吹净；炉衬表面清理干净后，均匀喷洒水雾润湿表面；
2)配制高温红外辐射涂料，将红外辐射料和有机-无机粘结剂按重量比100：200配制后高能球磨至粒度≤1μm，形成悬浮流动性良好的涂料；然后采用喷涂工艺将配制的高温红外辐射涂料喷涂于高温罩式炉纤维炉衬表面，以压缩空气为动力，喷注压力(气压)为0.3MPa，喷涂距离为15cm(喷注时枪口与炉衬表面距离)，单位面积喷注量为5kg/m2，喷注厚度为1.8mm；
3)涂料干燥并随炉烧结：喷注后的涂料在自然通风环境下阴干18～24h，然后随炉烧结：首先以2℃/min的速率将炉温升至600℃，保温1h；然后以12℃/min的速率继续升至1200℃保温2h。
施工后，所得涂层表面平整、均匀，无漏涂、鼓包、流挂、脱落及开裂缺陷。
上述三个实施例获得的涂层性能如下：
抗热震性：依HB5341-86标准，在1200℃保温15min后空冷循环10次，涂层完好无脱落；
耐火度：按GB/T 7322-2007标准，不低于1850℃；
辐射率：依GB7287-87标准，2.5～20μm波段范围内涂层的法向全发射率大于0.9。
将上述施工工艺应用于武钢30座大型罩式炉纤维炉衬，在高温罩式炉里还原气氛高温及振动大等恶劣工况下使用6年后涂层无裂纹和脱落，表面状态良好，对纤维炉衬起到了良好的保护作用，延长其使用寿命。
以上实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原料前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高温罩式炉纤维炉衬表面涂层的施工工艺，特征在于，包括如下步骤：1)高温罩式炉纤维炉衬表面清洁、洒水润湿；2)配制高温红外辐射涂料并将其喷注于高温罩式炉纤维炉衬表面；3)涂料干燥并随炉烧结。
2.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤2)中所述喷注过程采用大孔径喷枪喷注涂料方式，具体步骤如下：喷注前采用压缩空气进行去油预处理；喷注时枪口与纤维炉衬表面距离为15～25cm，气压维持在0.1-0.8MPa，喷注厚度≥1mm，单位面积喷注料量为2～7kg/m2。
3.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，步骤3)中所述干燥步骤采用自然通风干燥方法，干燥时间为18～36h，至高温红外辐射涂料中水分低于1wt％。
4.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，所述步骤3)中所述随炉烧结工艺为：以1～5℃/min的速率升至500～600℃，保温0.5～2h；然后以8～12℃/min速率继续升至950～1200℃，保温2～4h。
5.根据权利要求1所述的施工工艺，其特征在于，所述高温红外辐射涂料由红外辐射料和有机-无机粘结剂按100:(150～250)的重量比配制并采用高能球磨超细化处理至粒度≤1μm。
6.根据权利要求5所述的施工工艺，其特征在于，所述红外辐射料由以下质量百分比的成分组成：粉煤灰10～50％、莫来石15～40％、氧化铝5～15％、氧化镁5～15％、尖晶石结构红外辐射粉料5～20％。
7.根据权利要求6所述的施工工艺，其特征在于，所述尖晶石结构红外辐射粉料的制备方法包括如下步骤：1)按配比称取各组分，各组分所占质量百分比为：FeTiO3粉末20～50％、Fe2O3粉末5～30％、TiO2粉末3～15％、Cr2O3粉末3～20％、Co2O3粉末3～20％、CeO2粉末0.5～10％，将称取的各组分均匀混合；2)将混合后的粉料装入石墨反应器中，石墨反应器中保持真空条件，对石墨反应器直接施加脉冲电流，以200～400℃/min的升温速率加热至950～1250℃保温5～30min，然后随炉冷却，得尖晶石结构红外辐射粉料。
8.根据权利要求5所述的施工工艺，其特征在于，所述有机-无机粘结剂由以下质量百分比的成分混合而成：硅溶胶65-85％、铬酐1-5％、铝溶胶6-10％、硅酸酯1-15％、硝酸钾1-15％。
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