CN116875094A - 一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，包括以下步骤：S1、将冶炼产生的铝渣进行机械破碎得到固态渣，以质量百分比计，所述铝渣包括Al2O3：85～90％，AlN：6～12％，Na2O：2.0～3.0％以及TFe：0.8～1.2％；S2、将所述固态渣与SiO2进行混料得到混合料，将所述混合料进行分阶段梯度焙烧1～5h，随炉冷却后进行粉碎得到基料，所述基料的粒径小于所述固态渣；S3、在所述基料中分批加入粘结剂、分散剂以及水进行充分混合得到红外辐射涂料。本发明利用铝渣制备低成本的高发射率涂料，不仅能够深度回收利用铝渣，还能有效降低炉窑的能源介质消耗，有效推动了钢铁企业节能减排和降低企业生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及红外节能材料技术领域，尤其涉及一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法。
背景技术
红外辐射涂料作为一种具有红外辐射能力的新型耐热保护涂料，主要起到节能降耗作用。它具有加热升温快、辐射传热效率高、加工工艺简单、投资费用低、维护操作方便、运行使用安全可靠等一系列优越性，在我国已广泛应用于冶金、石化、陶瓷、医药等行业领域，可以直接喷涂或者涂刷在各种工业锅炉、电站锅炉、火焰炉等炉体的受热面或炉体内侧，能够强化热源与受热面或受热体之间的辐射热交换，以达到提高炉子热利用率以及节约能源的目的。
近年来，红外辐射涂料在航空、建筑、光催化、节能环保等领域有了长足的发展，特别是红外辐射涂料在节能环保领域的应用是红外辐射涂料主要的发展趋势。但我国红外辐射涂料研究起步较晚，而且我国生产的红外辐射涂料与国外涂料相比，在产品性能方面仍存在巨大差距。2018年发布的《国家重点节能低碳推广目录(节能部分)》中指出，许多发达国家红外辐射涂料的利用率已达到40％，辐射系数在0.9以上，而我国红外辐射涂料在工业炉内的利用率仅为15％，其红外辐射系数也在0.8左右，这大大限制了工业炉行业能源的利用率。
目前工业炉窑应用高发射率红外涂层材料较少，主要原因是价格比较昂贵。据现场调研，一座加热炉若涂抹某种高发射率红外涂层材料，目前市场价在30万左右，且只能用一年，成本很高；作为铝工业主要的副产品，铝灰产生于所有铝发生熔融的工序。以往，人们把铝渣看做废渣而堆弃，此举不仅造成铝资源浪费还会带来环境问题。因此，寻找经济有效的方法加以利用和治理铝渣，不仅将提高铝行业的经济效益，在实现资源的有效循环利用的同时，还将对实现经济、社会的可持续发展产生重要的影响。
因此，现有技术中存在对一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法改进的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，利用铝渣制备低成本的高发射率涂料，不仅能够深度回收利用铝渣，还能有效降低炉窑的能源介质消耗，有效推动了钢铁企业节能减排和降低企业生产成本。
基于上述目的，本发明实施例的提供了一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，包括以下步骤：
S1、将冶炼产生的铝渣进行机械破碎得到固态渣，以质量百分比计，铝渣包括Al2O3：85～90％，AlN：6～12％，Na2O：2.0～3.0％以及TFe：0.8～1.2％；
S2、将固态渣与二氧化硅进行混料得到混合料，将混合料进行分阶段梯度焙烧1～5h，随炉冷却后进行粉碎得到基料，基料的粒径小于固态渣；
S3、在基料中分批加入粘结剂、分散剂以及水进行充分混合得到红外辐射涂料。
在一些实施例中，铝渣进行机械破碎后的破碎比例为85％～100％。
在一些实施例中，按质量百分比计，固态渣与二氧化硅的比例为(65～80％)：(20～35％)。
在一些实施例中，将混合料进行分阶段梯度焙烧1～5h包括：
第一阶段：将混合料在950～1100℃下焙烧1～2h；
第二阶段：将混合料在1300～1400℃焙烧2～3h。
在一些实施例中，基料的粒径为-300～-250目，固态渣的粒径为-250～-200目。
在一些实施例中，基料包括蓝晶石以及塞隆陶瓷晶体。
在一些实施例中，按质量份数比例计，基料与粘结剂的比例为100:(5～10)份，基料与分散剂的比例为100：(1～3)份，基料与水的比例为1000：(5～7)份。
在一些实施例中，粘结剂为铝溶胶。
在一些实施例中，分散剂为丙烯酰胺。
在一些实施例中，红外辐射涂料在1～22μm波段内的平均发射率大于0.95，在1～5μm的短波段发射率为0.92～0.94。
本发明至少具有以下有益技术效果：
本发明提供了一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，利用铝冶炼、成型过程中产生固态渣制备低成本的高发射率涂料，本发明制备的红外涂料软化温度≥1400℃，综合发射率不低于0.95，其低波段发射率(1-5μm)不低于0.92，该方法不仅能够深度回收利用铝渣，还能有效降低炉窑的能源介质消耗，对推动钢铁企业节能减排和降低企业生产成本都具有重要作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明提供的一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法实施例的流程图；
图2为本发明提供的基料晶型测试的结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
作为铝工业主要的副产品，铝灰产生于所有铝发生熔融的工序，以往人们把铝渣看做废渣而堆弃，此举不仅造成铝资源浪费还会带来环境问题。而目前工业炉窑在应用高发射率红外图层材料时存在价格昂贵，无法大面积应用的问题。因此，本发明基于现有技术存在的问题开发一种兼顾经济与发射率的红外辐射涂层材料，如图1所示，包括以下步骤：
S1、将冶炼产生的铝渣进行机械破碎得到固态渣，以质量百分比计，铝渣包括Al2O3：85～90％，AlN：6～12％，Na2O：2.0～3.0％以及TFe：0.8～1.2％；
S2、将固态渣与SiO2进行混料得到混合料，将混合料进行分阶段梯度焙烧1～5h，随炉冷却后进行粉碎得到基料，基料的粒径小于固态渣；
S3、在基料中分批加入粘结剂、分散剂以及水进行充分混合得到红外辐射涂料。进一步地，在S1中，铝渣进行机械破碎后的破碎比例为85％～100％。
进一步地，在S2中，按质量百分比计，固态渣与SiO2的混合比例为(65～80％)：(20～35％)。将混合料进行分阶段梯度焙烧1～5h具体包括两个阶段，其中，第一阶段：将混合料在950～1100℃下焙烧1～2h；第二阶段：将混合料在1300～1400℃焙烧2～3h。基料的粒径小于固态渣在一些实施方式中，基料的粒径为-300～-250目，固态渣的粒径为-250～-200目。优选地，基料粒径为-250目，固态渣的粒径为-200目。基料包括蓝晶石以及塞隆陶瓷晶体。
进一步地，在S3中，按份数比例计，基料与粘结剂的比例为100:(5～10)份，即基料质量作为100份，粘结剂的份数为5～10；基料与分散剂的比例为100：(1～3)份，即基料的质量作为100份，分散剂的份数为1～3份；基料与水的比例为100：(5～7)份，即基料质量作为100份，加入水的份数为5～7份，进行充分混合后得到红外辐射涂料。在一些实施例中，粘结剂为铝溶胶，分散剂为丙烯酰胺。
进一步地，在S3中，红外辐射涂料在1～22μm波段内的平均发射率大于0.95，在1～5μm的短波段发射率为0.92～0.94。
下面为根据具体实施例对本发明作出进一步解释。
实施例1
本实施例中采用的铝渣的化学成分按质量百分比为：Al2O3 87.3％，AlN9.2％，Na2O 2.6％，TFe 0.8％，以及不可避免的杂质。
将铝渣机械破碎至粒度-200目的占比≥85％后，将铝渣与SiO2按照质量百分数70％、30％的比例进行均匀混合，放入马弗炉中，第一阶段在1050℃高温下进行焙烧，保温1.5h，然后第二阶段炉温1350℃，保温2h，随炉冷却后破碎至粒度-200目占比≥85％，得到基料，基料中晶型组成有Al2O3、蓝晶石和塞隆陶瓷晶体，如图1所示为本发明提供的基料晶型测试图，其中，蓝晶石和塞隆陶瓷晶体两种晶型可有效提高材料的发射率。
以基料质量为100份，分批次将7份高温粘结剂铝溶胶、2份分散剂聚丙烯酰胺、3份水加入基料中，充分混合，得到红外辐射涂料。
对实施例制备得到的红外辐射粉料通过熔点仪和发射率测试仪进行检测，结果为：软化温度为＞1450℃，1～22μm波段内的平均发射率为0.96，其中1～5μm的短波段发射率在0.93。
将得到的红外辐射涂料涂覆到所需的基体表面，对实施例红外辐射涂料进行辐射能力和高温粘结性进行简单测试：
(1)将红外辐射涂料涂抹到装有500ml的1L烧杯底部，然后在烧杯底部进行火焰加热；
(2)将红外辐射涂料涂抹到一块进行抛光处理的300mm×300mm耐火砖上，放入马弗炉中，温度从常温升至1200℃，然后随炉冷却，重复25次。
与现有技术的涂料进行对比，具体对专利号为CN155279A、CN101302365A中的涂料实施例进行对比分析。
表1涂料测试对比
表1中CN101302365A-2为该专利说明书表2中号编号为2的实施例，CN101302365A-3为该专利说明书表2中号编号为3的实施例，从实施例可以看出，涂覆实施例中涂料的烧杯将水加热到沸腾所需要时间比不涂覆烧杯，升温快了29.5％。相比于对比例中效果最好的CN101302365A-3，快了约15.1％，可以大致认为可以节省12.5％的燃料。进行25次热震实验后，高温粘结性很较好。耐热温度为1450℃，平均发射率为0.96，综合性能优于同类产品，且利用铝渣成本低廉。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，包括：
S1、将冶炼产生的铝渣进行机械破碎得到固态渣，以质量百分比计，所述铝渣包括Al2O3：85～90％，AlN：6～12％，Na2O：2.0～3.0％以及TFe：0.8～1.2％；
S2、将所述固态渣与二氧化硅进行混料得到混合料，将所述混合料进行分阶段梯度焙烧1～5h，随炉冷却后进行粉碎得到基料，所述基料的粒径小于所述固态渣；
S3、在所述基料中分批加入粘结剂、分散剂以及水进行充分混合得到红外辐射涂料。
2.根据权利要求1所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，所述铝渣进行机械破碎后的破碎比例为85％～100％。
3.根据权利要求1所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，按质量百分比计，所述固态渣与二氧化硅的比例为(65～80％)：(20～35％)。
4.根据权利要求1所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，将所述混合料进行分阶段梯度焙烧1～5h包括：
第一阶段：将所述混合料在950～1100℃下焙烧1～2h；
第二阶段：将所述混合料在1300～1400℃焙烧2～3h。
5.根据权利要求1所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，所述基料的粒径为-300～-250目，所述固态渣的粒径为-250～-200目。
6.根据权利要求1所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，所述基料包括蓝晶石以及塞隆陶瓷晶体。
7.根据权利要求1所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，按质量份数比例计，所述基料与粘结剂的比例为100:(5～10)份，所述基料与所述分散剂的比例为100：(1～3)份，所述基料与水的比例为1000：(5～7)份。
8.根据权利要求7所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，所述粘结剂为铝溶胶。
9.根据权利要求7所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，所述分散剂为丙烯酰胺。
10.根据权利要求1所述的利用铝渣制备红外辐射涂料的方法，其特征在于，所述红外辐射涂料在1～22μm波段内的平均发射率大于0.95，在1～5μm的短波段发射率为0.92～0.94。
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