CN109136488A - 一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，原料包括：纯刚玉，碳化硅，氧化锆，氧化铝，硅酸盐耐火材料，稀土元素氧化物。本发明还提供了上述节能高温辐射喷涂料的制备方法。本发明提高了基体材料黑度，又保持了相应的耐热性、高强度、耐腐蚀性、耐磨性等优异性能，并且还提高了涂层的整体强度和致密性。稀土元素氧化物的掺入能提高反应物的活性，同时也是掺杂和稳定涂层结构的优选材料。进一步依据此喷涂料的特性，首次喷涂该涂料后，制定合理的硅钢退火炉升温曲线，使喷涂后形成结构致密的涂层，并与炉衬很好地结合在一起，从而有效保护炉衬，防止耐材剥落。
Description
技术领域
本发明属于硅钢退火炉生产技术领域，具体涉及一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料及其制备方法和应用。
背景技术
在硅钢退火炉实际生产过程中，由于退火炉工艺温度高，生产节奏快，随着时间推移炉体耐材不断老化，炉壳温度较高，而且炉内耐材时常有剥离掉落的情况发生，不仅导致炉子能耗居高不下，而且掉落的耐材还经常造成带钢产生压印缺陷。
因此，通常需要对退火炉内衬表面进行保护，以减少火焰、高温气体直接对内衬的冲蚀，提高炉内耐材的使用寿命，在退火炉炉内耐材表面覆盖涂料是一种非常方便的选择。涂料的使用可以使得炉内耐材更加密封、保温，降低退火炉的散热损失，提高热效率，也延长了其大修周期，节约成本，起到保护节能作用。
但是现有的防护涂料存在涂装效果不理想以及防护效果不佳等各种问题，特别是涂层与炉衬结合不紧密、密度低，抗热性、耐腐蚀性、耐磨性较差等问题，严重限制了硅钢退火炉炉内耐材涂料的推广应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料及其制备方法和应用，该喷涂料能够应用于各类硅钢退火炉中，有效降低炉壳温度，提高退火炉热效率，达到节能的目的，同时也有效保护退火炉炉衬耐材。
本发明第一方面提供了一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，原料包括：以重量百分比计，纯刚玉45～55％，碳化硅3～7％，氧化锆6～8％，氧化铝8～12％，硅酸盐耐火材料18～22％，以及稀土元素氧化物3～7％。
本发明提供的节能高温辐射喷涂料主要采用纯刚玉并掺混碳化硅、氧化锆、氧化铝、硅酸盐耐火材料等多种物质高温混合成固溶体，不仅提高了基体材料黑度，并相应的保持了涂料原有的抗热性、高强度、耐腐蚀性、耐磨性等优异性能，加上合理的炉内烘烤温度，喷涂后形成的涂层具有高的整体强度和致密性。稀土元素氧化物的掺入显著提高了反应物的活性，同时稀土元素氧化物也是掺杂和稳定涂层结构的优选材料。在炉衬耐材上喷涂该涂料后形成的涂层具有较高的可见光和近红外光反射率、较高的热红外发射率和高温稳定性等特性，极大提高退火炉热效率，达到节能的目的。同时还具有良好的物理性能、化学性能和施工性能。其工作温度范围为：450－1800℃。
优选的，所述稀土元素氧化物包括La2O3、Ce2O3或Rb2O中的一种。
优选的，所述稀土元素氧化物为La2O3。
优选的，所述硅酸盐耐火材料包括硅酸锆、硅酸铝、硅酸钠或硅酸钾中的一种。
优选的，所述纯刚玉的粒径≤0.05mm，所述碳化硅的粒径为10-50nm，所述氧化锆的粒径120-150nm，所述氧化铝粒径为20～40μm，硅酸盐耐火材料的粒径为5-15μm，所述稀土元素氧化物的粒径为70-100μm。选择不同粒径级别的原料颗粒形成具有特定粒度分布组成的涂料，能够更好的渗透炉衬形成紧密的过渡层，显著增强涂料对炉衬内表面的附着力，利于形成稳定牢固的涂层结构，不易剥落，且形成的涂层表面表面能低，耐气流冲刷。
本发明第二方面提供了上述用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料的制备方法，步骤包括：将所述碳化硅，氧化锆，氧化铝，硅酸盐耐火材料混合均匀后高温烧结得到固溶体，所述固溶体粉碎后与纯刚玉、稀土元素氧化物高温掺杂。
优选的，所述高温烧结的工艺条件为：温度1200-1300℃，时间为0.5-1h。
优选的，所述高温掺杂的工艺条件为：温度900-1000℃，时间为2-3h。
本发明第三方面提供了上述用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料在制备硅钢退火炉炉衬耐材涂层中的应用。
优选的，所述硅钢退火炉炉衬涂层的制备方法包括：将上述用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料喷涂于硅钢退火炉炉衬，提升炉温至600℃，在炉温达到300℃前控制升温速率为15-30℃/h,在炉温达到600℃前控制升温速率为25-45℃/h，在炉温达到100-200℃时保温24-28h，升温结束即得涂层。该升温曲线符合所述节能高温辐射喷涂料的特性，使涂料能够快速烘干并与炉衬表面牢固结合形成结构致密的涂层，并与炉衬很好地结合在一起，从而有效保护炉衬。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的节能高温辐射喷涂料喷涂在硅钢退火炉炉衬后，配合合理的硅钢退火炉升温曲线，涂料会在炉衬表面形成一层致密的涂层，该涂层会屏蔽热量散失，即当炉衬吸热量增加，大量不能通过炉壁向外及时传递的热量会改变为1～5μm波长的热量向炉膛内辐射。1～5μm波长的热量极易被带钢吸收，因此退火炉的热效率提高，从而达到节能的目的。另一方面，喷涂后形成的涂层结构致密，可隔开腐蚀气氛，且涂层与炉衬基体结合力强，涂层能渗透基体形成过渡层和稳定的涂层结构，耐气流冲刷和热冲击。因此对于炉衬耐材具有保护作用，并防止耐材剥落。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本实施例提供了一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，原料包括：以重量百分比计，纯刚玉50％，碳化硅5％，氧化锆6％，氧化铝12％，硅酸锆22％，La2O35％，且所述纯刚玉粒径≤0.05mm，所述碳化硅的粒径为10-50nm，所述氧化锆的粒径120-150nm，所述氧化铝粒径为20～40μm，硅酸锆的粒径为5-15μm，所述La2O3的粒径为70-100μm。
将上述碳化硅，氧化锆，氧化铝，硅酸锆按配比混合均匀后高温烧结得到固溶体，高温烧结温度1200℃，时间为1h，所述固溶体研磨粉碎后与纯刚玉、La2O3高温掺杂，高温掺杂温度1000℃，时间为3h，得节能高温辐射喷涂料。
将上述节能高温辐射喷涂料喷涂于硅钢退火炉炉衬耐材内表面，首次升温，在炉温达到300℃前控制升温速率为20℃/h,在炉温达到600℃前控制升温速率为40℃/h，在炉温达到200℃时保温24h，升温至600℃后结束升温，即得涂层。
对所得涂层进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1涂层性能测试结果表
| 红外波段平均辐射率 | ＞0.95 |
| 涂层工作温度 | 450－1800℃ |
| 附着力 | 0级 |
| 抗热冲击能力 | 抗热冲击能力佳，涂层不开裂、不脱落 |
| 线膨胀系数 | 7×10<sup>-6</sup>/℃ |
| 抗折强度(1300℃) | 280/Mpa |
| 抗张持久强度(1000℃1000H) | 98/Mpa |
| 弹性模量 | 3.6×10<sup>5</sup>/Mpa |
| 储存期 | 10个月 |
对比例1
本实施例提供了一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，原料包括：碳化硅10％，氧化锆12％，氧化铝24％，硅酸锆44％，La2O310％，所述碳化硅的粒径为10-50nm，所述氧化锆的粒径120-150nm，所述氧化铝粒径为20～40μm，硅酸锆的粒径为5-15μm，所述La2O3的粒径为70-100μm。
将上述碳化硅，氧化锆，氧化铝，硅酸锆按配比混合均匀后高温烧结得到固溶体，高温烧结温度1200℃，时间为1h，所述固溶体研磨粉碎后与La2O3高温掺杂，高温掺杂温度1000℃，时间为3h，得节能高温辐射喷涂料。
将上述节能高温辐射喷涂料喷涂于硅钢退火炉炉衬耐材内表面，首次升温的升温曲线与实施例1相同，得到的涂层进行性能测试，测试结果如表2所示。
表2涂层性能测试结果表
| 红外波段平均辐射率 | ＞0.93 |
| 涂层工作温度 | 450－1500℃ |
| 附着力 | 1级 |
| 抗热冲击能力 | 抗热冲击能力一般，涂层出现龟裂 |
| 线膨胀系数 | 6×10<sup>-6</sup>/℃ |
| 抗折强度(1300℃) | 230/Mpa |
| 抗张持久强度(1000℃1000H) | 95/Mpa |
| 弹性模量 | 3.8×10<sup>5</sup>/Mpa |
| 储存期 | 6个月 |
对比例2
本实施例提供了一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，其原料配比及制备方法与实施例1均一致。
区别在于，将上述节能高温辐射喷涂料喷涂于硅钢退火炉炉衬耐材内表面时，首次升温的升温曲线与实施例1不同，直接以约60℃/h的速率升温至600℃后停止升温，得到涂层，将得到的涂层进行性能测试，测试结果如表3所示。
表3涂层性能测试结果表
实施例2
本实施例提供了一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，原料包括：以重量百分比计，纯刚玉47％，碳化硅7％，氧化锆7％，氧化铝12％，硅酸铝20％，Ce2O37％，且所述纯刚玉粒径≤0.05mm，所述碳化硅的粒径为10-50nm，所述氧化锆的粒径120-150nm，所述氧化铝粒径为20～40μm，硅酸铝的粒径为5-15μm，所述Ce2O3的粒径为70-100μm。
将上述碳化硅，氧化锆，氧化铝，硅酸铝按配比混合均匀后高温烧结得到固溶体，高温烧结温度1250℃，时间为2h，所述固溶体研磨粉碎后与纯刚玉、Ce2O3高温掺杂，高温掺杂温度900℃，时间为3h，得节能高温辐射喷涂料。
将上述节能高温辐射喷涂料喷涂于硅钢退火炉炉衬耐材内表面，首次升温，在炉温达到300℃前控制升温速率为25℃/h,在炉温达到600℃前控制升温速率为35℃/h，在炉温达到200℃时保温24h，升温至600℃后结束升温，即得涂层。
对所得涂层进行性能测试，测试结果如表4所示。
表4涂层性能测试结果表
| 红外波段平均辐射率 | ＞0.95 |
| 涂层工作温度 | 450－1800℃ |
| 附着力 | 0级 |
| 抗热冲击能力 | 抗热冲击能力佳，涂层不开裂、不脱落 |
| 线膨胀系数 | 7.1×10<sup>-6</sup>/℃ |
| 抗折强度(1300℃) | 285/Mpa |
| 抗张持久强度(1000℃1000H) | 100/Mpa |
| 弹性模量 | 3.6×10<sup>5</sup>/Mpa |
| 储存期 | 8个月 |
实施例3
本实施例提供了一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，原料包括：以重量百分比计，纯刚玉55％，碳化硅5％，氧化锆6％，氧化铝10％，硅酸钠20％，Ce2O34％，且所述纯刚玉粒径≤0.05mm，所述碳化硅的粒径为10-50nm，所述氧化锆的粒径120-150nm，所述氧化铝粒径为20～40μm，硅酸钠的粒径为5-15μm，所述Ce2O的粒径为70-100μm。
将上述碳化硅，氧化锆，氧化铝，硅酸铝按配比混合均匀后高温烧结得到固溶体，高温烧结温度1250℃，时间为2h，所述固溶体研磨粉碎后与纯刚玉、Ce2O3高温掺杂，高温掺杂温度900℃，时间为3h，得节能高温辐射喷涂料。
将上述节能高温辐射喷涂料喷涂于硅钢退火炉炉衬耐材内表面，首次升温，在炉温达到300℃前控制升温速率为15℃/h,在炉温达到600℃前控制升温速率为25℃/h，在炉温达到200℃时保温28h，升温至600℃后结束升温，即得涂层。所得涂层性能与实施例2基本一致。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，其特征在于：原料包括：以重量百分比计，纯刚玉45～55％，碳化硅3～7％，氧化锆6～8％，氧化铝8～12％，硅酸盐耐火材料18～22％，以及稀土元素氧化物3～7％。
2.如权利要求1所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，其特征在于：所述稀土元素氧化物包括La2O3、Ce2O3或Rb2O中的一种。
3.如权利要求2所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，其特征在于：所述稀土元素氧化物为La2O3。
4.如权利要求1所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，其特征在于：所述硅酸盐耐火材料包括硅酸锆、硅酸铝、硅酸钠或硅酸钾中的一种。
5.如权利要求1所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料，其特征在于：所述纯刚玉的粒径≤0.05mm，所述碳化硅的粒径为10-50nm，所述氧化锆的粒径120-150nm，所述氧化铝粒径为20～40μm，硅酸盐耐火材料的粒径为5-15μm，所述稀土元素氧化物的粒径为70-100μm。
6.如权利要求1～5任一项权利要求所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料的制备方法，其特征在于：所述方法包括：将所述碳化硅，氧化锆，氧化铝，硅酸盐耐火材料混合均匀后高温烧结得到固溶体，所述固溶体粉碎后与纯刚玉、稀土元素氧化物高温掺杂。
7.如权利要求6所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料的制备方法，其特征在于：所述高温烧结的工艺条件温度为1200-1300℃，时间为0.5-1h。
8.如权利要求6所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料的制备方法，其特征在于：所述高温掺杂的工艺条件温度为900-1000℃，时间为2-3h。
9.如权利要求1～5任一项权利要求所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料在制备硅钢退火炉炉衬耐材涂层中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述硅钢退火炉炉衬涂层的制备方法包括：将权利要求1～5任一项权利要求所述的用于硅钢退火炉的节能高温辐射喷涂料喷涂于硅钢退火炉炉衬内表面，提升炉温至600℃，在炉温达到300℃前控制升温速率为15-30℃/h，在炉温达到600℃前控制升温速率为25-45℃/h，在炉温达到100-200℃时保温24-28h，升温结束即得涂层。
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