CN109385120B - 气凝胶耐高温辐射无机涂料 - Google Patents

气凝胶耐高温辐射无机涂料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及气凝胶耐高温辐射无机涂料，其包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：所述第一组合物包括：氧化钴8‑12份、氧化锆1‑10份、氧化铝5‑15份、硅粉1‑5份、碳化硅8‑16份、氧化铬3‑7份、氧化锰0‑8份、金刚砂0‑5份、硅酸钠2‑10份、磷酸二氢铝5‑8份、长石粉1‑5份、五氧化二磷12‑17份、铬铁矿0‑3份、锆英砂0‑2份、氧化铈0‑1份、石墨粉1‑4份；所述第二组合物包括：二氧化硅气凝胶15‑25份、氧化锆气凝胶5‑15份、氧化铝5‑10份、硅酸钠2‑10份、磷酸二氢铝5‑8份、五氧化二磷15‑25份、铬铁矿0‑3份、锆英砂0‑2份、氧化铈0‑1份、石墨粉1‑4份、氧化硼0.5‑1.0。本发明无机涂料社会效益和经济效益都将十分可观。

Description

气凝胶耐高温辐射无机涂料
技术领域
本发明涉及一种涂覆于管式加热炉辐射室衬里表面的气凝胶耐高温辐射无机涂料及其制备方法。
背景技术
工业炉窑是我国耗能大户，约占总能耗的25-40％，而工业窑炉热效率低是国内外普遍存在的问题，辐射涂料作为炉窑中的一项节能新技术，在窑炉内衬涂覆节能辐射涂料，将窑炉内热量尽可能地辐射到被加热的产品上，将会充分利用能量，以达节能的目的。通常陶瓷业、石油化工业使用的加热炉多采用硅铝耐火材料，这些材料抗热震性能差、耐磨性差，易脆化脱落，在窑炉升温加热时，大量热量被吸收和散失，能量利用率极低。
节能耐高温辐射无机涂料在窑炉的应用得到了广泛的认可，使用过程中，陆续解决了涂料与基体材料的粘接牢度问题、热膨胀性问题等，使用效果和使用寿命有了一定保障。但随着科技进步，炉窑所使用的保温隔热材料变轻变薄，传统耐高温辐射无机涂料多以金属氧化物为主要成分，涂层成型后比重较大，炉顶及垂直面衬里容易被涂层拉拽造成坍塌等事故；另一方面，节能耐高温辐射无机涂料多以提高涂层黑度的方式，提高炉墙反辐射能力来起到节能的作用，但材料黑度已接近极限值。因此，在不牺牲涂层黑度的前提下，降低涂料比重，同时和衬里一同起到隔热的效果，降低炉壁散热损失，提高节能效果，是本发明涂料的重点。
发明内容
本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种气凝胶耐高温辐射无机涂料。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
所述第一组合物包括：氧化钴8-12份、氧化锆1-10份、氧化铝5-15份、硅粉1-5份、碳化硅8-16份、氧化铬3-7份、氧化锰0-8份、金刚砂0-5份、硅酸钠2-10份、磷酸二氢铝5-8份、长石粉1-5份、五氧化二磷12-17份、铬铁矿0-3份、锆英砂0-2份、氧化铈0-1份、石墨粉1-4份；
所述第二组合物包括：二氧化硅气凝胶15-25份、氧化锆气凝胶5-15份、氧化铝5-10份、硅酸钠2-10份、磷酸二氢铝5-8份、五氧化二磷15-25份、铬铁矿0-3份、锆英砂0-2份、氧化铈0-1份、石墨粉1-4份、氧化硼0.5-1.0。
根据本发明的一个实施例，固体组份粒度不低于500目。
根据本发明的一个实施例，所述气凝胶耐高温辐射无机涂料用于涂覆于管式加热炉辐射室衬里表面。
根据本发明的一个实施例，所述第二组合物涂覆于管式加热炉辐射室衬里表面，所述第一组合物涂覆于所述第一组合物表面。
根据本发明的一个实施例，所述第一组合物还包括光稳定剂2-5份、光引发剂1-4份、紫外线吸收剂3-6份和/或抗氧化剂2-6份。
根据本发明的一个实施例，所述第二组合物还包括抗氧化剂6-10份和/或光稳定剂5-8份。
本发明的气凝胶耐高温辐射无机涂料以传统氧化锆系耐高温辐射涂料为基础，加入二氧化硅气凝胶和氧化锆气凝胶。考虑到气凝胶比重、黑度系数、导热系数都较小的特点，将本涂料按两组份进行配比。
第二组合物与衬里材料接触，以二氧化硅气凝胶、氧化锆气凝胶为主体，利用气凝胶比重小、导热系数小的特点，起到隔热的作用。
第一组合物与向火面接触，以传统氧化锆系耐高温辐射涂料为基础，以其耐高温、高发射率的特点，起到提高辐射性能的作用。其中以氧化锆作为添加剂，其熔融温度约为2900℃，可提高材料粘度和扩大粘度变化的温度范围，有较好的热稳定性，与窑炉内衬结合强度大、抗热震性能优良、涂层黑度达到0.96以上。氧化钴在耐高温辐射涂料中起催化剂的作用，其含量为2％-3％时，能提高材料抗龟裂性能。还因它的化学惰性大，故能提高材料稳定性和耐酸碱能力，还能起到乳浊剂的作用。氧化铝每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强。在涂料中做阻燃剂、吸附剂、催化剂和催化剂载体，加入氧化钛的涂料，色彩鲜艳，遮盖力高，着色力强，对介质的物理稳定性可起到保护作用，特别是加入了磷酸盐、硅酸盐能增强漆膜的机械强度和附着力，防止裂纹，防止紫外线和水分透过，延长漆膜寿命。金刚砂具有很高的强度及良好的抗氧化性能，在高温下不变形，使本发明涂层具有很好的抗氧化性能，可增加耐火材料的抗氧化性能和抗冲刷性能，达到延长炉衬耐火材料及加热元件寿命等目的。
两种组合物皆以磷酸盐、硅酸盐等材料为胶体，涂层与衬里、组份与组份之间粘结牢度强。由于二氧化硅气凝胶、氧化锆气凝胶比重很小，两种组合物配方使得涂层的重量明显降低，与轻质衬里材料的结合将更好，有效减少因涂层比重过大对衬里的损伤。两种组合物在高温烧结过程中，互相熔融扩散，使得涂层抗冲刷性能、抗热震性能更强，在保持涂层高法向发射率的同时，起到良好的隔热效果，有效降低衬里炉壁散热损失，提高节能效率；同时涂层比重的降低，和衬里的结合更加有机一体，延长涂层使用寿命。
此外，本发明无机涂料投资少、见效快，不需对炉窑基体进行特殊的改造便可正常施工，且无毒无味、无腐蚀性，社会效益和经济效益都将十分可观。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的描述：
实施例1
气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
第一组合物：氧化钴10份、氧化锆6份、氧化铝10份、硅粉4份、碳化硅10份、氧化铬6份、氧化锰4份、金刚砂3份、硅酸钠6份、磷酸二氢铝5份、铬铁矿1份、锆英砂1.5份、氧化铈0.6份、石墨粉3份，其中各固体组份粒度不低于500目。
第二组合物：二氧化硅气凝胶22份、氧化锆气凝胶15份、氧化铝6份、硅酸钠8份、磷酸二氢铝8份、五氧化二磷20份、铬铁矿2份、锆英砂1份、氧化铈0.5份、石墨粉2.5份、氧化硼1，其中各固体组份粒度不低于500目。
根据实际需要，第一组合物还可以加入光稳定剂3.5份、光引发剂2份、紫外线吸收剂3.5份、抗氧化剂6份、长石粉3份、五氧化二磷15份。
根据实际需要，第二组合物还可以加入抗氧化剂8份、光稳定剂6份。
实施例2
气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
所述第一组合物包括：氧化钴8份、氧化锆2份、氧化铝5份、硅粉1份、碳化硅9份、氧化铬3份、氧化锰8份、金刚砂5份、硅酸钠10份、磷酸二氢铝8份、长石粉1份、五氧化二磷12份、锆英砂1份、石墨粉1份；其中各固体组份粒度不低于500目。
第二组合物包括：二氧化硅气凝胶15份、氧化锆气凝胶12份、氧化铝5份、硅酸钠10份、磷酸二氢铝8份、五氧化二磷25份、铬铁矿3份、锆英砂2份、氧化铈1份、石墨粉4份、氧化硼1.0份。其中各固体组份粒度不低于500目。
根据实际需要，第一组合物还可以加入光稳定剂4份、光引发剂1.5份、紫外线吸收剂3份、抗氧化剂2份。根据实际需要，第二组合物还可以抗氧化剂9份、光稳定剂6份。
实施例3
气凝胶耐高温辐射无机涂料，其包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
所述第一组合物包括：氧化钴12份、氧化锆5份、氧化铝15份、硅粉5份、碳化硅12份、氧化铬5份、氧化锰7份、金刚砂3份、硅酸钠10份、磷酸二氢铝8份、长石粉2份、五氧化二磷17份、铬铁矿3份、锆英砂2份、氧化铈0.5份、石墨粉1.5份；其中各固体组份粒度不低于500目。
所述第二组合物包括：二氧化硅气凝胶20份、氧化锆气凝胶5份、氧化铝5份、硅酸钠10份、磷酸二氢铝6份、五氧化二磷18份、铬铁矿3份、锆英砂2份、氧化铈0.5份、石墨粉1.5份、氧化硼1.0份。其中各固体组份粒度不低于500目。
根据实际需要，第一组合物还可以加入光稳定剂2份、光引发剂3份、紫外线吸收剂6份、抗氧化剂4份。根据实际需要，第二组合物还可以加入抗氧化剂7份、光稳定剂5份。
实施例4
气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
所述第一组合物包括：氧化钴10份、氧化锆10份、氧化铝15份、硅粉3份、碳化硅12份、氧化铬3份、氧化锰1份、金刚砂4份、硅酸钠8份、磷酸二氢铝7份、长石粉3.5份、五氧化二磷13份、铬铁矿3份、锆英砂1.5份、氧化铈0.8份、石墨粉2.4份；
所述第二组合物包括：二氧化硅气凝胶18份、氧化锆气凝胶6份、氧化铝7份、硅酸钠2.5份、磷酸二氢铝8份、五氧化二磷25份、铬铁矿0.2份、锆英砂1.9份、氧化铈0.2份、石墨粉1份、氧化硼0.5份。其中各固体组份粒度不低于500目。
根据实际需要，第一组合物还可以加入光稳定剂2份、光引发剂1份、紫外线吸收剂5份、抗氧化剂2.5份。根据实际需要，第二组合物还可以加入抗氧化剂6份、光稳定剂8份。其中各固体组份粒度不低于500目。
实施例5
气凝胶耐高温辐射无机涂料，其包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
所述第一组合物包括：氧化钴8.5份、氧化锆4.5份、氧化铝8份、硅粉2.5份、碳化硅16份、氧化铬7份、氧化锰0.5份、金刚砂0.5份、硅酸钠2份、磷酸二氢铝6.5份、长石粉4份、五氧化二磷14份、铬铁矿0.3份、锆英砂0.2份、氧化铈0.1份、石墨粉1.5份；其中各固体组份粒度不低于500目。
所述第二组合物包括：二氧化硅气凝胶22份、氧化锆气凝胶9份、氧化铝10份、硅酸钠6份、磷酸二氢铝5份、五氧化二磷15份、石墨粉2.5份、氧化硼0.7。
根据实际需要，第一组合物还可以加入光稳定剂2.5份、光引发剂3.5份、紫外线吸收剂4份、抗氧化剂5份。根据实际需要，第二组合物还可以加入抗氧化剂10份、光稳定剂7份。其中各固体组份粒度不低于500目。
实施例6
气凝胶耐高温辐射无机涂料，其包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
所述第一组合物包括：氧化钴9份、氧化锆7份、氧化铝7.8份、硅粉3.2份、碳化硅14份、氧化铬3.1份、硅酸钠6.4份、磷酸二氢铝5.8份、长石粉4.8份、五氧化二磷12.5份、石墨粉3.5份；其中各固体组份粒度不低于500目。
所述第二组合物包括：二氧化硅气凝胶15份、氧化锆气凝胶5份、氧化铝10份、硅酸钠2份、磷酸二氢铝5.8份、五氧化二磷17份、石墨粉3份、氧化硼0.8。其中各固体组份粒度不低于500目。
根据实际需要，第一组合物还可以加入光稳定剂2.5份、光引发剂1.4份、紫外线吸收剂3.6份、抗氧化剂2份。根据实际需要，第二组合物还可以加入抗氧化剂7份、光稳定剂7份。
实施例7
气凝胶耐高温辐射无机涂料，其包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
所述第一组合物包括：氧化钴11份、氧化锆3份、氧化铝13份、硅粉2份、碳化硅15份、氧化铬5份、氧化锰0.8份、硅酸钠2-10份、磷酸二氢铝6.3份、长石粉3份、五氧化二磷16份、铬铁矿0.4份、锆英砂1份、石墨粉1-4份；其中各固体组份粒度不低于500目。
所述第二组合物包括：二氧化硅气凝胶19份、氧化锆气凝胶11份、氧化铝13份、硅酸钠9份、磷酸二氢铝5.2份、五氧化二磷21份、锆英砂0.2份、石墨粉3份、氧化硼0.5份。其中各固体组份粒度不低于500目。
根据实际需要，第一组合物还可以加入光稳定剂4份、光引发剂1份、紫外线吸收剂4.6份、抗氧化剂5份。根据实际需要，第二组合物还可以加入抗氧化剂7份、光稳定剂6份。
上述实施例中的涂料按组份配方比列配料，采用本领域常规方法制备即可。
所述气凝胶耐高温辐射无机涂料用于涂覆于管式加热炉辐射室衬里表面。所述第二组合物涂覆于管式加热炉辐射室衬里表面，所述第一组合物涂覆于所述第一组合物表面。经检测，结果如下：
热震稳定性：按JB/T 3648.1-1994标准，在900℃×空冷条件下，不低于20次。
耐火度：按GB/T 7322-2007标准，不低于1800℃。
体积密度：按YB/T 5200-1993标准，在110℃×24h条件下，1.80g/cm3。
线变化率：按GB/T 5988-2007标准，在1450℃×3h，埋碳条件下，+0.4％。
将本发明反辐射无机涂料涂在用于试验的炉体内部，使用温度为900℃、1000℃、1100℃和1200℃的温度高温处理。
热辐射系数试验结果：
Figure BDA0001818934560000071
Figure BDA0001818934560000081
将炉衬内壁的热辐射系数由ε＝0.40～0.42提高到ε＝0.92～0.97，极大地强化了炉内辐射传热作用，在较高温度下热辐射系数的改变更为明显。
喷涂本发明的涂料后，辐射室外壁平均温度下降了25℃，内壁上部温度降低了17℃，排烟温度降低了24℃，辐射室外壁散热量减少了0.56MW，每年节约燃料气300000NM3(每年按8400小时计算)，达到了良好的节能效果。
将本发明反辐射无机涂料涂布在炉内后，使用四年后表面仍然完好，没有出现裂纹、无脱落，对衬里起到了很好的保护作用，延长了其使用寿命。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (6)

1.气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，包括第一组合物和第二组合物；所述第一组合物和第二组合物按照重量分数配比如下：
所述第一组合物包括：氧化钴 8-12 份、氧化锆 1-10 份、氧化铝5-15 份、硅粉 1-5份、碳化硅 8-16 份、氧化铬 3-7 份、氧化锰 0-8 份、金刚砂 0-5 份、硅酸钠 2-10 份、磷酸二氢铝5-8 份、长石粉1-5 份、五氧化二磷12-17 份、铬铁矿0-3 份、锆英砂 0-2 份、氧化铈 0-1 份、石墨粉 1-4 份；
所述第二组合物包括：二氧化硅气凝胶15-25份、氧化锆气凝胶5-15份、氧化铝5-10份、硅酸钠 2-10 份、磷酸二氢铝5-8 份、五氧化二磷15-25 份、铬铁矿0-3 份、锆英砂 0-2份、氧化铈 0-1 份、石墨粉 1-4 份、氧化硼 0.5-1.0。
2.根据权利要求1所述的气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，固体组份粒度不低于500 目。
3.根据权利要求1所述的气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，所述气凝胶耐高温辐射无机涂料用于涂覆于管式加热炉辐射室衬里表面。
4.根据权利要求3所述的气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，所述第二组合物涂覆于管式加热炉辐射室衬里表面，所述第一组合物涂覆于所述第二组合物表面。
5.根据权利要求1所述的气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，所述第一组合物还包括光稳定剂2-5份、光引发剂1-4份、紫外线吸收剂3-6份和/或抗氧化剂2-6份。
6.根据权利要求1所述的气凝胶耐高温辐射无机涂料，其特征在于，所述第二组合物还包括抗氧化剂6-10份和/或光稳定剂5-8份。
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