CN111635689A - 一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料、制备方法及用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，属于保温材料技术领域，以质量分数计，所述保温涂料的制造原料包括：酚醛树脂：20～30％、再生耐火粉料：5～15％、粉煤灰：5～13％、空心微珠：10～20％、石英粉：5～8％、刚玉粉：8～12％、有机溶剂：20～27％、分散剂：0.5～1％、偶联剂：0.5～1％。该涂料隔热性能好，能够对中间包包盖金属结构起到保护作用，有效提高包盖使用寿命，同时达到节能降耗的目的。

Description

一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料、制备方法及用途
技术领域
本发明属于保温材料技术领域，涉及一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料、制备方法及用途。
背景技术
中间包是用于储存和分配钢液的容器，随着连铸技术的发展，使得中间包具备了分离夹杂物、合金化等多种精炼功能。中间包包盖作为中间包的重要组成部分，在中间包烘烤时起到隔热保温作用，提高烘烤效率。在其浇铸时除了能够保温隔热，还能保护浇钢机构，改善作业环境，同时起到安全防护的作用。随着钢铁企业对节能降耗的日益重视，中间包包盖的作用越发突出。
目前中间包包盖主要采用金属框架-耐火材料复合结构。此种形式使用钢材制作包盖的框架，其上焊接锚固件，工作面用耐火浇注料整体浇注而成。中间包包盖的工作环境恶劣，主要受到频繁剧烈的温度波动(100～1400℃)，高温钢液热辐射，高温气流冲刷等因素的影响。根据钢厂调研的结果显示，中间包包盖的主要破损形式为：包盖边缘、开孔区域钢质边框的氧化、烧蚀、变形以及耐火浇注料的开裂、剥落。两者之间存在着相互影响、相互促进的关系。钢结构的变形导致耐火浇注料开裂、剥落；浇注料脱落后钢结构失去保护，直接面对高温钢液和烟气的冲击，加剧了烧蚀和变形，影响包盖使用寿命。
目前的包盖结构没有采取隔热措施，使钢结构受到高温钢液和高温烟气的影响，易产生氧化、烧蚀，高温下整体结构强度降低，在应力的作用下容易产生变形，缩短包盖的使用寿命。同时包盖的保温效果较差，增加了中间包烘烤的能耗，钢水温降较大，夹杂物上浮困难，影响铸坯质量。因此急需开发一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，对其起到隔热和保护的作用，提高包盖使用寿命。
发明内容
为了解决中间包包盖保温效果差的技术问题，本发明提供了一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，该涂料隔热性能好，能够对中间包包盖金属结构起到保护作用，有效提高包盖使用寿命，同时达到节能降耗的目的。
本发明还提供了一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料的制备方法及用途。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，以质量分数计，所述保温涂料的制造原料包括：
酚醛树脂：20～30％、再生耐火粉料：5～15％、粉煤灰：5～13％、空心微珠：10～20％、石英粉：5～8％、刚玉粉：8～12％、有机溶剂：20～27％、分散剂：0.5～1％、偶联剂：0.5～1％。
其中，所述有机溶剂为丙二醇，所述分散剂为聚丙烯酸钠，所述偶联剂为甲基丙烯酸氯化铬络合物。
进一步的，所述再生耐火粉料粒度小于80μm，空心微珠粒度小于40μm，石英粉和刚玉粉粒度小于75μm。
进一步的，所述再生耐火粉料为废弃高铝耐火浇注料经分拣、除杂、研磨破碎后磁选所得，再生耐火粉料中Al2O3质量百分比含量≥50％。
进一步的，所述空心微珠为高铝微珠和/或莫来石微珠。
一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料的制备方法，包括：
将酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉和聚丙烯酸钠混合后搅拌均匀，得到混合料；
将所述混合料进行研磨、筛分，取粒度≤20um的混合粉料备用；
将空心微珠、有机溶剂和偶联剂加入到筛分所得混合粉料中，搅拌均匀，得到成品。
进一步的，所述混合料的制备工艺中，对酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉和聚丙烯酸钠的混合物搅拌速度为800～1200r/min，搅拌时间为30～50min。
进一步的，所述混合粉料中加入空心微珠、有机溶剂和偶联剂后的搅拌速度为400～600r/min，搅拌时间为20～30min。
一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料在中间包包盖金属结构防护上的用途。
进一步的，所述保温涂料涂覆在中间包包盖金属结构上的厚度为5～8mm。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本发明一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，以再生耐火粉料、空心微珠、刚玉粉等为原料，制得的涂料具有导热系数低、耐高温、耐磨等优点，涂覆在中间包包盖金属结构表面，形成保护膜，可阻断大部分热量的传递，防止金属构件受热导致的氧化、烧蚀和变形，同时该涂料耐磨性好，可减轻高温烟气冲刷的影响；
2.本发明一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，由于包盖采用金属框架-耐火材料复合结构，两种材料受热时产生的膨胀量不同，在结合面容易产生开裂，而本发明的保温涂料形成的保护膜具有一定弹性，可有效进行缓冲，起到类似膨胀缝的作用，因此在中间包包盖金属结构上涂敷该涂料可延长包盖的使用寿命，降低使用成本。
3.本发明一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，涂覆该涂料的中间包包盖，保温性能得到提升，能够减少钢水温降，提高铸坯质量，降低出钢温度，可以废钢替代部分铁水，降低生产成本，提高中间包烘烤效率，节能降耗。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
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。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
目前，在钢铁冶炼设备中，中间包包盖主要采用金属框架-耐火材料复合结构，没有采取隔热措施，使钢结构受到高温钢液和高温烟气的影响，易产生氧化、烧蚀，导致高温下整体结构强度降低，在应力的作用下容易产生变形，缩短包盖的使用寿命。同时包盖的保温效果较差，增加了中间包烘烤的能耗，钢水温降较大，夹杂物上浮困难，影响铸坯质量。因此急需开发一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，对其起到隔热和保护的作用，提高包盖使用寿命。
基于此，本申请提供了一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，以质量分数计，所述保温涂料的制造原料包括：
酚醛树脂20～30％；
粒度小于80um的再生耐火粉料5～15％；
粉煤灰5～13％；
粒度小于40um的空心微珠10～20％；
粒度小于75um的石英粉5～8％；
粒度小于75um的刚玉粉8～12％；
有机溶剂丙二醇20～27％；
分散剂聚丙烯酸钠0.5～1％；
偶联剂甲基丙烯酸氯化铬络合物0.5～1％。
所述再生耐火粉料中，Al2O3质量百分比含量≥50％，其制备工艺为：将回收的废弃高铝耐火浇注料进行分拣、除杂，去除其表面粘附的残钢、残渣以及变质部分。然后进行破碎和研磨，使其平均粒度达到80um以下，再经过磁选，得到再生耐火粉料。
所述空心微珠为高铝、莫来石微珠中的一种或两种的混合物。
酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能和耐高温性能，作为粘结剂在交联后为涂料提供所需要的机械强度，耐热性能。依据大量试验数据，酚醛树脂按质量分数的加入量以20～30％为宜，低于这个范围结合强度不够，涂料成膜性能较差，高于此范围增加成本。
再生耐火粉料由废弃的高铝耐火浇注料进行分拣、除杂得到，避免了工业固体废物对环境的影响，实现了资源化回收和再利用。其主要成分为氧化铝和二氧化硅，具有耐火度高，强度大，导热系数小，价格便宜等优点，可提高涂料在高温下的综合使用性能。依据大量试验数据，再生耐火粉料按质量分数的加入量以5～15％为宜，低于这个范围影响涂料的耐高温性能，高于此范围带入有害杂质较多。
粉煤灰是由燃料燃烧产生的微小固体颗粒物，主要成分为二氧化硅和氧化铝，如不加控制或处理，会造成大气污染等环境问题。使用粉煤灰作为原料，可实现工业固废的资源化利用，同时可提高涂料的耐高温性能。粉煤灰按质量分数的加入量以5～13％为宜，低于这个范围影响涂料的耐高温性能，高于此范围带入有害杂质较多。
空心微珠的主要成分为氧化铝和氧化硅，耐火度高，外壳强度大，能增强涂料的硬度、耐磨性、耐冲刷性。结构为中空的球体，可使涂料具有优良的隔热、保温性能。空心微珠按质量分数的加入量以10～20％为宜，低于这个范围影响涂料的隔热保温性能，高于此范围使得材料体积密度降低，力学性能下降。
石英粉主成分为二氧化硅，高温下可与刚玉粉的主要成分氧化铝反应形成莫来石相，提高涂料的耐火度，增强其高温机械性能。当同时添加分散剂时，可在表面形成成双电层，产生静电斥力，使固体颗粒相互远离，降低表面能，增大涂料的流动性。石英粉按质量分数的加入量以5～8％为宜，低于或高于此范围会影响莫来石相的生成，从而导致涂料耐高温性能下降。
刚玉粉的主要成分为氧化铝，高温下可与石英粉的主要成分二氧化硅反应形成莫来石相，提高了涂料的耐火度，增强其高温机械性能。刚玉粉按质量分数的加入量以8～12％为宜，低于或高于此范围会影响莫来石相的生成，从而导致涂料耐高温性能下降。
丙二醇为有机溶剂，可使各组分原料溶于有机溶剂中，均匀分散，形成粘稠液体，便于施工。丙二醇按质量分数的加入量以20～27％为宜，低于这个范围各组分原料溶解不够充分，影响涂料的各项性能指标，高于此范围对原料组分造成稀释，同样影响涂料的各项性能。
分散剂聚丙烯酸钠，能分散液体中的无机、有机原料颗粒，防止颗粒的沉降和凝聚，形成安定悬浮液，增强涂料的流平性。聚丙烯酸钠按质量分数的加入量以0.5～1％为宜，低于这个范围各组分原料容易沉降和凝聚，影响涂料的流平性等施工性能。
偶联剂甲基丙烯酸氯化铬络合物的作用是改善树脂与无机材料的界面性能，提高涂料的粘结强度、耐候性。甲基丙烯酸氯化铬络合物按质量分数的加入量以0.5～1％为宜，低于这个范围影响涂料的结合强度。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料进行详细说明。
实施例1
一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其制备过程如下：
(1)按质量比称取下述原料：
酚醛树脂30％；
粒度小于80um的再生耐火粉料10％；
粉煤灰5％；
粒度小于40um的空心微珠(高铝∶莫来石＝1∶1)15％；
粒度小于75um的石英粉5.5％；
粒度小于75um的刚玉粉8％；
有机溶剂丙二醇25％；
分散剂聚丙烯酸钠1％；
偶联剂甲基丙烯酸氯化铬络合物0.5％。
(2)将步骤(1)中的酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉、聚丙烯酸钠加入到反应容器中，用搅拌机以1000r/min的速度搅拌30min。
(3)将步骤(2)所得混合料放入研磨机中进行研磨，研磨好的原料经过筛分，取粒度≤20um的混合料备用。
(4)将空心微珠、丙二醇、甲基丙烯酸氯化铬络合物加入筛分后的混合料中，以600r/min的速度搅拌30min，搅拌均匀后即为成品。
实施例2
一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其制备过程如下：
(1)按质量比称取下述原料：
酚醛树脂25％；
粒度小于80um的再生耐火粉料10％；
粉煤灰5％；
粒度小于40um的空心微珠(高铝)18％；
粒度小于75um的石英粉5.5％；
粒度小于75um的刚玉粉8％；
有机溶剂丙二醇27％；
分散剂聚丙烯酸钠1％；
偶联剂甲基丙烯酸氯化铬络合物0.5％。
(2)将步骤(1)中的酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉、聚丙烯酸钠加入到反应容器中，用搅拌机以1000r/min的速度搅拌30min。
(3)将步骤(2)所得混合料放入研磨机中进行研磨，研磨好的原料经过筛分，取粒度≤20um的混合料备用。
(4)将空心微珠、丙二醇、甲基丙烯酸氯化铬络合物加入筛分后的混合料中，以600r/min的速度搅拌30min，搅拌均匀后即为成品。
实施例3
一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其制备过程如下：
(1)按质量比称取下述原料：
酚醛树脂25％；
粒度小于80um的再生耐火粉料15％；
粉煤灰8％；
粒度小于40um的空心微珠(莫来石)10％；
粒度小于75um的石英粉5.5％；
粒度小于75um的刚玉粉8％；
有机溶剂丙二醇27％；
分散剂聚丙烯酸钠1％；
偶联剂甲基丙烯酸氯化铬络合物0.5％。
(2)将步骤(1)中的酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉、聚丙烯酸钠加入到反应容器中，用搅拌机以1000r/min的速度搅拌30min。
(3)将步骤(2)所得混合料放入研磨机中进行研磨，研磨好的原料经过筛分，取粒度≤20um的混合料备用。
(4)将空心微珠、丙二醇、甲基丙烯酸氯化铬络合物加入筛分后的混合料中，以600r/min的速度搅拌30min，搅拌均匀后即为成品。
实施例4：
一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其制备过程如下：
(1)按质量比称取下述原料：
酚醛树脂20％；
粒度小于80um的再生耐火粉料8.5％；
粉煤灰10％；
粒度小于40um的空心微珠(高铝∶莫来石＝1∶1)20％；
粒度小于75um的石英粉8％；
粒度小于75um的刚玉粉12％；
有机溶剂丙二醇20％；
分散剂聚丙烯酸钠1％；
偶联剂甲基丙烯酸氯化铬络合物0.5％。
(2)将步骤(1)中的酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉、聚丙烯酸钠加入到反应容器中，用搅拌机以1000r/min的速度搅拌30min。
(3)将步骤(2)所得混合料放入研磨机中进行研磨，研磨好的原料经过筛分，取粒度≤20um的混合料备用。
(4)将空心微珠、丙二醇、甲基丙烯酸氯化铬络合物加入筛分后的混合料中，以600r/min的速度搅拌30min，搅拌均匀后即为成品。
实施例5
一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其制备过程如下：
(1)按质量比称取下述原料：
酚醛树脂27％；
粒度小于80um的再生耐火粉料5％；
粉煤灰13％；
粒度小于40um的空心微珠(莫来石)15％；
粒度小于75um的石英粉5.5％；
粒度小于75um的刚玉粉8％；
有机溶剂丙二醇25％；
分散剂聚丙烯酸钠1％；
偶联剂甲基丙烯酸氯化铬络合物0.5％。
(2)将步骤(1)中的酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉、聚丙烯酸钠加入到反应容器中，用搅拌机以1000r/min的速度搅拌30min。
(3)将步骤(2)所得混合料放入研磨机中进行研磨，研磨好的原料经过筛分，取粒度≤20um的混合料备用。
(4)将空心微珠、丙二醇、甲基丙烯酸氯化铬络合物加入筛分后的混合料中，以600r/min的速度搅拌30min，搅拌均匀后即为成品。
对比例1
该对比例涂料采用原料为：
酚醛树脂25％；
粒度小于80um的再生耐火粉料20％；
粉煤灰8％；
粒度小于40um的空心微珠(高铝)5％；
粒度小于75um的石英粉5.5％；
粒度小于75um的刚玉粉8％；
有机溶剂丙二醇27％；
分散剂聚丙烯酸钠1％；
偶联剂甲基丙烯酸氯化铬络合物0.5％。
采用与实施例1同样方法进行制作。
对比例2为一种中间包包盖用金属框架及锚固件的表面喷涂料及其制备方法(201810080105.0)。
将实施例1-5制备的保温涂料及对比例1、2进行测试：，结果如表1所示。
表1一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料各实施例检测数据
Figure BDA0002556292920000081
Figure BDA0002556292920000091
由表1可知：实施例1-5制备的保温涂料的各项指标均合格，各项性能指标特别是导热系数明显优于对比例1、2，其具有良好的耐高温性能和力学性能，保温效果好并且实现了废弃耐火材料、粉煤灰这类工业固废的资源化回收和再利用，环境友好，价格便宜。在中间包包盖金属结构上涂敷该涂料可延长包盖的使用寿命，降低使用成本。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
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)

1.一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其特征在于，以质量分数计，所述保温涂料的制造原料包括：
酚醛树脂：20～30％、再生耐火粉料：5～15％、粉煤灰：5～13％、空心微珠：10～20％、石英粉：5～8％、刚玉粉：8～12％、有机溶剂：20～27％、分散剂：0.5～1％、偶联剂：0.5～1％。
2.根据权利要求1所述的一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其特征在于，所述有机溶剂为丙二醇，所述分散剂为聚丙烯酸钠，所述偶联剂为甲基丙烯酸氯化铬络合物。
3.根据权利要求1所述的一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其特征在于，所述再生耐火粉料粒度小于80μm，空心微珠粒度小于40μm，石英粉和刚玉粉粒度小于75μm。
4.根据权利要求1所述的一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其特征在于，所述再生耐火粉料为废弃高铝耐火浇注料经分拣、除杂、研磨破碎后磁选所得，再生耐火粉料中Al2O3质量百分比含量≥50％。
5.根据权利要求1所述的一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料，其特征在于，所述空心微珠为高铝微珠和/或莫来石微珠。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的用于中间包包盖金属结构的保温涂料的制备方法，其特征在于，包括：
将酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉和聚丙烯酸钠混合后搅拌均匀，得到混合料；
将所述混合料进行研磨、筛分，取粒度≤20um的混合粉料备用；
将空心微珠、有机溶剂和偶联剂加入到筛分所得混合粉料中，搅拌均匀，得到成品。
7.根据权利要求6所述的一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料的制备方法，其特征在于，所述混合料的制备工艺中，对酚醛树脂、再生耐火粉料、粉煤灰、石英粉、刚玉粉和聚丙烯酸钠的混合物搅拌速度为800～1200r/min，搅拌时间为30～50min。
8.根据权利要求6所述的一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料的制备方法，其特征在于，所述混合粉料中加入空心微珠、有机溶剂和偶联剂后的搅拌速度为400～600r/min，搅拌时间为20～30min。
9.如权利要求1-5中任一项所述的一种用于中间包包盖金属结构的保温涂料在中间包包盖金属结构防护上的用途。
10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述保温涂料涂覆在中间包包盖金属结构上的厚度为：5～8mm。
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