CN113968751A - 一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，包括位于基底之上的底涂层，以及位于底涂层之上的面涂层；其中，基底为构成垃圾焚烧炉烟道的耐火材料，底涂层为陶瓷纤维层，面涂层为耐磨陶瓷层；基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层至少含有一种相同的成分A，底涂层的陶瓷纤维至少含有一种能够与成分A在高温下发生化学反应的成分B。本发明利用底涂层作为过渡层，并使其含有能够与基底和面涂层同时发生化学反应的成分来强化面涂层与基底的结合力，在保证耐磨性的同时也起到防止脱落的效果。

Description

一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层

技术领域

本发明属于垃圾焚烧炉设备防护技术领域，具体涉及一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层。

背景技术

近年来，我国的垃圾焚烧行业发展迅速。截止2017年，我国已建成投入使用生活垃圾焚烧无害化处理厂286座，虽然数量上还远远无法与生活垃圾卫生填埋无害化处理厂相比，但大有取而代之的势头。然而，由于生活垃圾种类繁多，成分复杂，导致垃圾焚烧系统在实际运行过程中出现 了很多问题，而上述问题的重点之一则是如何准确测量垃圾焚烧炉内的温度，以保证垃圾焚烧的更加充分，更加环保。

全世界每年排放的固体废物约为80～100亿t，且随着工业发展和人口增长，这一数字还在逐年递增，由于垃圾对环境造成了恶劣的影响，如何处置这些垃圾已经成为当前环境保护的重要内容。垃圾焚烧法由于处理量大、减容量大、热能可回收的特点而得到迅速发展。

在垃圾焚烧热能资源回收中，垃圾所含的盐分、塑料成分较高，与其它燃料相比，其燃烧气体产物中含有大量的氯化氢等腐蚀性气体和灰分，当垃圾焚烧锅炉的蒸汽温度超过300℃时，采用碳钢材料的过热器管就会被高温氯和氯化物迅速腐蚀，因此通常其蒸汽温度不超过300℃，在如此低的蒸汽参数下发电，其发电效率最高约为12％。如果蒸汽温度能提高到400℃，发电效率可以达到21％，则更有利于垃圾焚烧炉发电技术的推广应用。

生活垃圾作为燃料具有含水量高、低位发热量、低组分、成分变化大等特点，在运行过程中，其特有的燃烧工况对锅炉的金属受热面产生腐蚀，主要有以下几方面原因：生活垃圾在炉内燃烧过程中，分解出浓度较高的氮化物、碱性金属、焦硫酸盐和与腐蚀相关的一些重金属及较低熔点的混合物在高温烟气和金属管壁温度较高条件下其综合作用主要在过热器位置对金属受热面产生高温腐蚀。其中，垃圾焚烧炉的烟道会受到烟气中携带固态颗粒和频繁吹灰引起内壁冲刷磨损和腐蚀磨损，轻则需要停炉检修维护，重则可能导致安全事故。

目前烟道的防护主要依赖于耐火材料本身例如刚玉/铬刚玉耐磨砖等，然而耐火材料为了提高保温效果和降低成本，通常为多孔结构，致密度低，不能承受烟气长期的冲刷。而且焚烧的危废物中多含有硫及氯有害成分，焚烧时的温度最高可达 800~1300℃，烟气很容易和使用的耐火浇注料中产生化学反应，腐蚀会导致耐火浇注料表层结合强度丧失，没有结合强度的耐火浇注料在物料运动摩擦带动下，表面脱落减短使用寿命，严重还会造成脱落掉砖产生事故。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，可直接施加于现有的烟道内表面，起到烟气腐蚀和磨损防护效果，且长期使用不易脱落。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案，一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，包括位于基底之上的底涂层，以及位于底涂层之上的面涂层；其中，基底为构成垃圾焚烧炉烟道的耐火材料，底涂层为陶瓷纤维层，面涂层为耐磨陶瓷层；基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层至少含有一种相同的成分A，底涂层的陶瓷纤维至少含有一种能够与成分A在高温下发生化学反应的成分B。本发明利用底涂层作为过渡层，并使其含有能够与基底和面涂层同时发生化学反应的成分来强化面涂层与基底的结合力，在保证耐磨性的同时也起到防止脱落的效果。

进一步地，所述基底的耐火材料为铝质、镁质或锆质耐火材料。

进一步地，所述陶瓷纤维层为氧化物纤维，包括氧化铝、氧化镁、氧化钇、氧化硅中的至少一种氧化物，其中陶瓷纤维的长度为10-200μm，长径比为10-100。底涂层采用陶瓷纤维层作为过渡层，尤其利用超高速喷涂产生的动力，可将部分陶瓷纤维层钉入基底表层，而露出基底表层的陶瓷纤维可以在基底表面形成凹凸不平的表面，从而提高底涂层与基材/面涂层的结合力。形成所述陶瓷纤维层的材料包括氧化物纤维和高温粘结剂，所述高温粘结剂包括水玻璃、磷酸二氢铝、硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或几种。此外还可以含有其它填料、溶剂和助剂，以改善所形成涂层的综合性能。

进一步地，所述陶瓷材料包括硬质陶瓷颗粒和高温粘结剂，其中，所述硬质陶瓷颗粒为氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化铬、氧化铈、碳化硅、氮化硅、氮化硼、碳化铬中的一种或多种，平均粒径为10nm-20μm；所述高温粘结剂包括水玻璃、磷酸二氢铝、硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或几种。此外，陶瓷材料还可以含有其它填料、溶剂和助剂，以改善所形成涂层的综合性能。

进一步地，基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层均含有氧化铝作为成分A，底涂层的陶瓷纤维含有氧化钇或氧化镁作为成分B。氧化铝能够在高温下与氧化钇生成钇铝石榴石，与氧化镁生成镁铝尖晶石。

进一步地，基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层均含有氧化镁作为成分A，底涂层的陶瓷纤维含有氧化铝或氧化硅作为成分B。氧化镁能够在高温下与氧化铝生成镁铝尖晶石，与氧化硅生成镁橄榄石。

进一步地，基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层均含有氧化锆作为成分A，底涂层的陶瓷纤维含有氧化硅作为成分B。氧化锆能够在高温下与氧化硅生成锆英石。

本发明的另一个目的在于提供一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，包括以下步骤：

（1）将基底进行打磨或喷砂处理，形成具有粗糙表面的预处理基底；

（2）在预处理基材表面上用超音速喷涂法喷涂含有陶瓷纤维的涂料形成陶瓷纤维层，对陶瓷纤维层进行激光烧结处理形成底涂层；

（3）用喷涂和/或刷涂的方法将耐磨陶瓷涂料涂覆至底涂层表面，室温表干后，升温至100-150℃干燥1-2h，之后进行激光熔覆处理获得面涂层，功率为1.5-2kw，矩形光斑为1.5mm×14mm，搭接率为20-40%，扫描速度为500-600mm/min。

与现有技术相比，本发明具有以下的有益效果：

（1）本发明利用底涂层作为过渡层，并使其含有能够与基底和面涂层同时发生化学反应的成分来强化面涂层与基底的结合力，从而起到防止脱落的效果。

（2）底涂层采用陶瓷纤维层作为过渡层，尤其利用超高速喷涂产生的动力，可将部分陶瓷纤维层钉入基底表层，而露出基底表层的陶瓷纤维可以在基底表面形成凹凸不平的表面，从而提高底涂层与基材/面涂层的结合力。

（3）对陶瓷纤维层进行激光烧结处理形成底涂层，可以使陶瓷纤维与基底在高温下发生烧结反应，从而使底涂层与基底结合力增强。

（4）本发明的涂层在热固化完成后，通过激光熔覆处理封闭涂层表面的细孔或裂纹，以及利用激光的热量释放涂层的内应力，提高陶瓷涂层的耐腐蚀性、耐磨性和韧性。另一方面，可以使陶瓷纤维与面涂层在高温下发生烧结反应，从而使底涂层与面涂层结合力增强。

附图说明

图1为本发明耐磨涂层的结构示意图。附图标记所表示的含义如下：

1：基底；2：底涂层；3：面涂层。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

参见图1，本发明的垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层包括位于基底1之上的底涂层2，以及位于底涂层之上的面涂层3；其中，基底1为构成垃圾焚烧炉烟道的耐火材料，底涂层2为陶瓷纤维层，面涂层3为耐磨陶瓷层；基底1的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层至少含有一种相同的成分A，底涂层2的陶瓷纤维至少含有一种能够与成分A在高温下发生化学反应的成分B。本发明利用底涂层2作为过渡层，并使其含有能够与基底1和面涂层3同时发生化学反应的成分来强化面涂层3与基底1的结合力，从而起到防止脱落的效果。

实施例1

（1）以普通铝质耐火材料为基底，将基底进行打磨或喷砂处理，形成具有粗糙表面的预处理基底；

（2）在预处理基材表面上用超音速喷涂法喷涂含有陶瓷纤维的涂料形成陶瓷纤维层，对陶瓷纤维层进行激光烧结处理形成底涂层，厚度为120μm；含有陶瓷纤维的涂料成分为氧化镁纤维40wt%、磷酸二氢铝60wt%。氧化镁纤维的平均长度为25μm，长径比约为10。

（3）用冷喷涂的方法将耐磨陶瓷涂料涂覆至底涂层表面，室温表干后，升温至100-150℃干燥1-2h，之后进行激光熔覆处理获得面涂层，厚度为110μm。激光熔覆功率为1.8kw，矩形光斑为1.5mm×14mm，搭接率为25%，扫描速度为520mm/min。耐磨陶瓷涂料的成分为45wt%的高温粘结剂磷酸二氢铝、40wt%的硬质陶瓷颗粒氧化铝和15wt%的水，氧化铝的平均粒径为80 nm。

实施例2

参照实施例1，与实施例1的差别在于未实施步骤（2）的激光烧结处理、步骤（3）的激光熔覆处理，其余与实施例1相同。

实施例3

（1）以普通锆质耐火材料为基底，将基底进行打磨或喷砂处理，形成具有粗糙表面的预处理基底；

（2）在预处理基材表面上用超音速喷涂法喷涂含有陶瓷纤维的涂料形成陶瓷纤维层，对陶瓷纤维层进行激光烧结处理形成底涂层，厚度为120μm；含有陶瓷纤维的涂料成分为氧化硅纤维45wt%、磷酸二氢铝55wt%。氧化硅纤维的平均长度为35μm，长径比约为20。

（3）用冷喷涂的方法将耐磨陶瓷涂料涂覆至底涂层表面，室温表干后，升温至100-150℃干燥1-2h，之后进行激光熔覆处理获得面涂层，厚度为110μm。激光熔覆功率为1.8kw，矩形光斑为1.5mm×14mm，搭接率为25%，扫描速度为520mm/min。耐磨陶瓷涂料的成分为55wt%的高温粘结剂磷酸二氢铝、30wt%的硬质陶瓷颗粒氧化铝、10wt%的氧化硅颗粒和5wt%的水，氧化铝、氧化硅的平均粒径为60 nm。

对比例1

参照实施例1，与实施例1的差别在于未实施步骤（2）形成底涂层，其余与实施例1相同。

对比例2

参照实施例1，与实施例1的差别在于底涂层采用颗粒材料而不是纤维。

（1）以普通铝质耐火材料为基底，将基底进行打磨或喷砂处理，形成具有粗糙表面的预处理基底；

（2）在预处理基材表面上用超音速喷涂法喷涂含有陶瓷颗粒的涂料形成陶瓷纤维层，对陶瓷颗粒层进行激光烧结处理形成底涂层，厚度为120μm；含有陶瓷颗粒的涂料成分为氧化镁颗粒40wt%、磷酸二氢铝60wt%。氧化镁颗粒的平均粒径为80 nm。

（3）用冷喷涂的方法将耐磨陶瓷涂料涂覆至底涂层表面，室温表干后，升温至100-150℃干燥1-2h，之后进行激光熔覆处理获得面涂层，厚度为110μm。激光熔覆功率为1.8kw，矩形光斑为1.5mm×14mm，搭接率为25%，扫描速度为520mm/min。耐磨陶瓷涂料的成分为45wt%的高温粘结剂磷酸二氢铝、40wt%的硬质陶瓷颗粒氧化铝和15wt%的水，氧化铝的平均粒径为80 nm。

实验结果见表1:

表1

从表1的实验结果可知，本发明的耐磨涂层具有良好的耐高温、耐磨损和耐热冲击等性能，耐磨涂层与基底结合良好，能够适合用于垃圾焚烧炉内需要高温防护的部位。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，包括位于基底之上的底涂层，以及位于底涂层之上的面涂层；其中，基底为构成垃圾焚烧炉烟道的耐火材料，底涂层为陶瓷纤维层，面涂层为耐磨陶瓷层；其特征在于：基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层至少含有一种相同的成分A，底涂层的陶瓷纤维至少含有一种能够与成分A在高温下发生化学反应的成分B。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，其特征在于：所述基底的耐火材料为铝质、镁质或锆质耐火材料。

3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，其特征在于：所述陶瓷纤维层含有氧化物纤维，包括氧化铝、氧化镁、氧化钇、氧化硅中的至少一种氧化物，其中陶瓷纤维的长度为10-200μm，长径比为10-100。

4.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，其特征在于：所述面涂层由陶瓷材料制成，所述陶瓷材料包括硬质陶瓷颗粒和高温粘结剂，其中，所述硬质陶瓷颗粒为氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化铬、氧化铈、碳化硅、氮化硅、氮化硼、碳化铬中的一种或多种，平均粒径为10nm-20μm；所述高温粘结剂包括水玻璃、磷酸二氢铝、硅溶胶、铝溶胶和锆溶胶中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，其特征在于：所述基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层均含有氧化铝作为成分A，底涂层的陶瓷纤维含有氧化钇或氧化镁作为成分B。

6.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，其特征在于：所述基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层均含有氧化镁作为成分A，底涂层的陶瓷纤维含有氧化铝或氧化硅作为成分B。

7.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层，其特征在于：所述基底的耐火材料与面涂层的耐磨陶瓷层均含有氧化锆作为成分A，底涂层的陶瓷纤维含有氧化硅作为成分B。

8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉烟道耐磨涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将基底进行打磨或喷砂处理，形成具有粗糙表面的预处理基底；

（2）在预处理基材表面上用超音速喷涂法喷涂含有陶瓷纤维的涂料形成陶瓷纤维层，对陶瓷纤维层进行激光烧结处理形成底涂层；

（3）用喷涂和/或刷涂的方法将耐磨陶瓷涂料涂覆至底涂层表面，室温表干后，升温至100-150℃干燥1-2h，之后进行激光熔覆处理获得面涂层，功率为1.5-2kw，矩形光斑为1.5mm×14mm，搭接率为20-40%，扫描速度为500-600mm/min。

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