CN116904046B - 一种高反射率涂料、保温节能涂层及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于保温材料技术领域，具体涉及一种高反射率涂料、保温节能涂层及其制备方法和应用。本发明提供了一种高反射率涂料，包括粉体材料和粘结剂；所述粉体材料和粘结剂的质量比为1～3:2；所述粉体材料包括Y2O3、YSZ和Zn2SiO4中的一种或多种；所述粘结剂为铝溶胶。本发明提供的高反射率涂料采用的三种粉体材料，有较高的熔点和高温抗氧化性能，适合高温工作环境，在0.2～5μm波段具有较高的反射率，能够反射大量的辐射热，可以有效提高能源利用率；同时，铝溶胶作为粘结剂具有粘接性能好、成本低、使用方便等优点，可作为耐高温粘结剂使用。该高反射率涂料应用于高温工作设备可大幅降低热量散失，起到节能作用。
Description
技术领域
本发明属于保温材料技术领域，具体涉及一种高反射率涂料、保温节能涂层及其制备方法和应用。
背景技术
随着钢铁工业技术的不断发展，冶金技术的日趋成熟，进一步去提高生产水平，降低成本，增强钢铁产业的竞争力，对炼钢及连铸生产过程中的钢水温度控制水平提出了更苛刻的要求,钢水温度必须控制在一个较窄的范围内，方能适应高效连铸生产的要求。
在实际生产中，炼钢过程多用低热导耐火材料来隔热保温，通过减少热量损失来降低从出钢到开浇过程中钢水在钢包中的温降，从而降低出钢温度，进而使钢铁的冶炼成本降低。但由于，目前的保温材料保温性能不足，导致出钢温度较高，提高了能耗，不利于节能减排。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高反射率涂料、保温节能涂层及其制备方法和应用，本发明提供的高反射率涂料具有优异的保温效果。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种高反射率涂料，包括粉体材料和粘结剂；所述粉体材料和粘结剂的质量比为1～3:2；
所述粉体材料包括Y2O3、YSZ和Zn2SiO4中的一种或多种；
所述粘结剂为铝溶胶。
优选地，所述粉体材料的粒径为0.5～100μm。
优选地，所述Zn2SiO4的制备方法包括以下步骤：
将ZnO和SiO2进行烧结，得到所述Zn2SiO4。
优选地，所述烧结的温度为1100～1300℃，升温时间为200～300min，保温时间为120～180min。
本发明还提供了上述技术方案所述高反射率涂料的制备方法，包括以下步骤：
将粉体材料和粘结剂混合，得到所述高反射率涂料。
本发明还提供了一种保温节能涂层的制备方法，包括以下步骤：
将高反射率涂料涂刷在基材表面后，固化，得到所述保温节能涂层；所述高反射率涂料为上述技术方案所述的高反射率涂料或上述技术方案所述制备方法制备得到的高反射率涂料。
优选地，所述固化包括依次进行的第一固化、第二固化、第三固化和第四固化；
所述第一固化的温度为50～60℃，时间为4～6h；
所述第二固化的温度为70～80℃，时间为6～8h；
所述第三固化的温度为85～95℃，时间为2～3h；
所述第四固化的温度为100～120℃，时间为1～2h。
优选地，所述涂刷后还包括静置；所述静置在恒温恒湿箱中进行；所述静置的时间为12～48h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的保温节能涂层。
本发明还提供了上述技术方案所述的高反射率涂料、上述技术方案所述制备方法制备得到的高反射率涂料或上述技术方案所述的保温节能涂层在高温工作设备中的应用。
本发明提供了一种高反射率涂料，包括粉体材料和粘结剂；所述粉体材料和粘结剂的质量比为1～3:2；所述粉体材料包括Y2O3、YSZ和Zn2SiO4中的一种或多种；所述粘结剂为铝溶胶。本发明提供的高反射率涂料采用Y2O3、YSZ和Zn2SiO4三种粉体材料，有较高的熔点和高温抗氧化性能，适合高温工作环境，在0.2～5μm波段具有较高的反射率，能够反射大量的辐射热，可以有效提高能源利用率；同时，铝溶胶作为粘结剂具有粘接性能好、成本低、使用方便等优点，可作为耐高温粘结剂使用。该高反射率涂料应用于窑炉、钢包等高温工作设备可大幅降低热量散失，且可在建筑领域起到节能作用。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1所制备的Zn2SiO4粉体材料的X射线衍射(XRD)图谱；
图2为实施例1所制备的保温节能涂层的微观形貌；
图3为实施例1所制备的保温节能涂层反射率曲线；
图4为实施例2所制备的Zn2SiO4粉体材料的XRD图谱；
图5为实施例2所制备的保温节能涂层的微观形貌；
图6为实施例2所制备的保温节能涂层反射率曲线；
图7为实施例3所制备的保温节能涂层的微观形貌；
图8为实施例4所制备的保温节能涂层的微观形貌。
具体实施方式
本发明提供了一种高反射率涂料，包括粉体材料和粘结剂；所述粉体材料和粘结剂的质量比为1～3:2；
所述粉体材料包括Y2O3、YSZ和Zn2SiO4中的一种或多种；
所述粘结剂为铝溶胶。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，所述粉体材料包括Y2O3、YSZ和Zn2SiO4中的一种或多种，优选为YSZ和/或Zn2SiO4，更优选为Zn2SiO4；当所述粉体材料为上述具体选择中的两种以上时，本发明对所述粉体材料的配比没有任何特殊的限定；所述粉体材料的粒径优选为0.5～100μm，更优选为1～80μm，最优选为1～50μm。
在本发明中，所述Zn2SiO4的制备方法包括以下步骤：
将ZnO和SiO2进行烧结，得到所述Zn2SiO4。
在本发明中，所述ZnO的粒径优选为100～500nm，更优选为150～450nm，最优选为200～400nm。
在本发明中，所述SiO2的粒径优选为15～30nm，更优选为15～25nm，最优选为20～25nm。
在本发明中，所述ZnO和SiO2的摩尔比优选为1～2:1，更优选为1～1.5:1，最优选为1:1。
在本发明中，所述ZnO和SiO2的摩尔比设置在上述范围有利于生成较为纯净的Zn2SiO4，ZnO含量过多则会造成ZnO的残留。
在本发明中，所述烧结前还优选包括依次进行的球磨和烘干；所述球磨的球粉质量比优选为2～6:1，更优选为3～5:1，最优选为4:1；转速优选为100～300r/min，更优选为200～300r/min，最优选为250～300r/min；时间优选为4～6h，更优选为5～6h，最优选为6h；所述烘干的温度优选为70～100℃，更优选为80～100℃，最优选为90～100℃；时间优选为12～24h，更优选为15～24h，最优选为20～24h。
在本发明中，所述球磨有利于增强基料的均匀性，避免团聚现象的发生，在高温烧结时易于形成纯相，使其具备优异的高反射性能。
在本发明中，所述烧结的温度优选为1100～1300℃，更优选为1200～1300℃；升温时间优选为200～300min，更优选为250～300min；保温时间优选为120～180min，更优选为150～180min。
在本发明中，所述Zn2SiO4的粒径优选为1～20μm，更优选为1～10μm，最优选为1～5μm。
本发明提供的Zn2SiO4的制备方法能够制备得到成分均匀的高反射率粉体，能够获得纯相的Zn2SiO4粉体材料，具有极高的反射性能，且在3～5μm波段仍保持较高的反射率，可作为优异的高反射涂层粉体材料使用。
在本发明中，所述粉体材料和粘结剂的质量比为1～3:2，优选为2～3:2，更优选为3:2。
本发明还提供了上述技术方案所述高反射率涂料的制备方法，包括以下步骤：
将粉体材料和粘结剂混合，得到所述高反射率涂料。
本发明对所述混合的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式混合均匀即可。
本发明还提供了一种保温节能涂层的制备方法，包括以下步骤：
将高反射率涂料涂刷在基材表面后，固化，得到所述保温节能涂层。
在本发明中，所述高反射率涂料为上述技术方案所述的高反射率涂料或上述技术方案所述制备方法制备得到的高反射率涂料。
在本发明中，所述基材优选为高温工作设备；所述高温工作设备优选为炼钢设备；所述炼钢设备优选为窑炉或钢包；当所述基材为钢包时，所述高反射率涂料优选涂刷在钢包的工作层镁、铝碳砖与永久层耐火砖上。
本发明对所述涂刷的过程没有任何特殊的限定采用本领域技术人员熟知的方式进行即可。
本发明采用涂刷的方式在制样表面进行涂刷并形成均匀涂层，几乎不需要设备夹具投资，操作方便灵活且能够节省涂料。
在本发明中，所述固化优选在鼓风干燥箱中进行；所述固化优选包括依次进行的第一固化、第二固化、第三固化和第四固化。
在本发明中，所述第一固化的温度优选为50～60℃，更优选为60℃；时间优选为4～6h，更优选为6h；所述第二固化的温度优选为70～80℃，更优选为75～80℃；时间优选为6～8h，更优选为7～8h；所述第三固化的温度优选为85～95℃，更优选为90℃；时间优选为2～3h，更优选为2.5～3h；所述第四固化的温度优选为100～120℃，更优选为110～120℃；时间优选为1～2h，更优选为1h。
在本发明中，所述涂刷后还优选包括静置；所述静置优选在恒温恒湿箱中进行；所述静置的时间优选为12～48h，更优选为18～40h，最优选为20～30h。
本发明提供的保温节能涂层的制备方法具有工艺简单、易于控制和成本低的优点。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的保温节能涂层。
本发明还提供了上述技术方案所述的高反射率涂料、上述技术方案所述制备方法制备得到的高反射率涂料或上述技术方案所述的保温节能涂层在高温工作设备中的应用。
在本发明中，所述高温工作设备优选为炼钢设备；所述炼钢设备优选为窑炉或钢包。
本发明对所述应用的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的应用方式即可。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的高反射率涂料、保温节能涂层及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
采用粒径为200nm的ZnO和粒径为20nm的SiO2，按照2:1的摩尔比经过球磨得到混合均匀的粉体，球磨的球粉质量比为4:1，转速为300r/min，时间为6h，在100℃条件下烘干24h。烘干后置于马弗炉内高温烧结，升温时间200min，温度1100℃，保温时间120min，通过高温反应制备得到高反射率Zn2SiO4粉体材料，粒径为1～5μm，所得Zn2SiO4粉体材料的XRD图谱见图1。
采用铝溶胶作为粘结剂，粉体和粘结剂质量比为3:2，均匀混合，得到高反射率涂料。
在钢包基体上刷涂高反射率涂料，在恒温恒湿箱内静置24h，在鼓风干燥箱内进行进一步固化工艺，固化工艺依次为60℃条件下固化6h，70℃条件下固化6h，90℃条件下固化2h，100℃条件下固化1h，得到所述保温节能涂层，所得保温节能涂层的微观形貌如图2所示，反射率曲线如图3所示。
由图1可见，本实施例制备得到了较纯的Zn2SiO4相，但是存在少量的ZnO相，属于原始粉体相。
由图2可见，本实施例制备得到的保温节能涂层呈现均匀致密的形貌特征，粉体在其中分散均匀，无裂纹孔洞等缺陷产生，能够很好地满足高反射性能需求。
由图3可见，本实施例制备得到的保温节能涂层近红外波段表现出极高的反射性能，能够辐射出来的热量进一步反射回内部，起到保温节能效果。通过将涂层刷涂在耐火砖表面，放入节能考核电炉中，测试了电炉保温两小时耗电量来考核涂层的节能效果。所得保温节能涂层2h保温耗电量相较于原始基体减少了9％，节能性能良好，具有优异的保温效果。
实施例2
采用粒径为300nm的ZnO和粒径为25nm的SiO2，按照1:1的摩尔比经过球磨得到混合均匀的粉体，球磨的球粉质量比为4:1，转速为300r/min，时间为6h，在100℃条件下烘干24h。烘干后置于马弗炉内高温烧结，升温时间300min，温度1300℃，保温时间180min，通过高温反应制备得到高反射率Zn2SiO4粉体材料，粒径为3～5μm，所得Zn2SiO4粉体材料的XRD图谱见图4。
采用铝溶胶作为粘结剂，粉体和粘结剂质量比为3:2，均匀混合，得到高反射率涂料。
在钢包基体上刷涂高反射率涂料，在恒温恒湿箱内静置36h，在鼓风干燥箱内进行进一步固化工艺，固化工艺依次为60℃条件下固化6h，80℃条件下固化6h，90℃条件下固化3h，110℃条件下固化1h，得到所述保温节能涂层，所得保温节能涂层的微观形貌如图5所示，反射率曲线如图6所示。
由图4可见，本实施例制备得到了较纯的Zn2SiO4相，但成功制备得到高反射粉体材料。
由图5可见，本实施例制备得到的保温节能涂层呈现均匀致密的形貌特征，粉体在其中分散均匀，无裂纹孔洞等缺陷产生，能够很好地满足高反射性能需求。
由图6可见，本实施例制备得到的保温节能涂层近红外波段表现出极高的反射性能，能够辐射出来的热量进一步反射回内部，起到保温节能效果。对涂层进行节能考核，所得保温节能涂层2h保温耗电量相较于原始基体减少了8.5％，节能性能良好，具有优异的保温效果。
实施例3
采用YSZ作为粉体材料，颗粒尺寸为15～45μm，采用铝溶胶作为粘结剂，粉体和粘结剂质量比为3:2，均匀混合，得到高反射率涂料。
在钢包基体上刷涂高反射率涂料，在恒温恒湿箱内静置48h，在鼓风干燥箱内进行进一步固化工艺，固化工艺依次为60℃条件下固化6h，80℃条件下固化7h，90℃条件下固化3h，120℃条件下固化1h，得到所述保温节能涂层，所得保温节能涂层的微观形貌如图7所示。
由图7可见，本实施例制备得到的保温节能涂层中可以看见YSZ颗粒的存在，涂层虽然是以刷涂的方式涂覆与基体表面，但各位置的高度基本一致，少有大面积起伏不平和凸起的存在，整体平整均匀，能够很好的起到高反射性能需求。对涂层进行节能考核，所得保温节能涂层2h保温耗电量相较于原始基体减少了8.5％，节能性能良好，具有优异的保温效果。
实施例4
采用Y2O3作为粉体材料，颗粒尺寸为15～45μm，采用铝溶胶作为粘结剂，粉体和粘结剂质量比为3:2，均匀混合，得到高反射率涂料。
在钢包基体上刷涂高反射率涂料，在恒温恒湿箱内静置12h，在鼓风干燥箱内进行进一步固化工艺，固化工艺依次为60℃条件下固化6h，80℃条件下固化8h，90℃条件下固化3h，120℃条件下固化1h，得到所述保温节能涂层，所得保温节能涂层的微观形貌如图8所示。
由图8可见，本实施例制备得到的保温节能涂层中Y2O3颗粒通过铝溶胶粘结在一起，整体致密均匀，粉体颗粒暴露在外表面，能够起到原始粉体的高反射特性。对涂层进行节能考核，所得保温节能涂层2h保温耗电量相较于原始基体减少了6.3％，节能性能良好，具有优异的保温效果。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (9)
1.一种高反射率涂料，其特征在于，由粉体材料和粘结剂组成；所述粉体材料和粘结剂的质量比为1～3:2；
所述粉体材料包括Y2O3、YSZ和Zn2SiO4中的一种或多种；所述粉体材料的粒径为0.5～100μm；
所述粘结剂为铝溶胶。
2.根据权利要求1所述的高反射率涂料，其特征在于，所述Zn2SiO4的制备方法包括以下步骤：
将ZnO和SiO2进行烧结，得到所述Zn2SiO4。
3.根据权利要求2所述的高反射率涂料，其特征在于，所述烧结的温度为1100～1300℃，升温时间为200～300min，保温时间为120～180min。
4.权利要求1～3任一项所述高反射率涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粉体材料和粘结剂混合，得到所述高反射率涂料。
5.一种保温节能涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将高反射率涂料涂刷在基材表面后，固化，得到所述保温节能涂层；所述高反射率涂料为权利要求1～3任一项所述的高反射率涂料或权利要求4所述制备方法制备得到的高反射率涂料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固化包括依次进行的第一固化、第二固化、第三固化和第四固化；
所述第一固化的温度为50～60℃，时间为4～6h；
所述第二固化的温度为70～80℃，时间为6～8h；
所述第三固化的温度为85～95℃，时间为2～3h；
所述第四固化的温度为100～120℃，时间为1～2h。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述涂刷后还包括静置；所述静置在恒温恒湿箱中进行；所述静置的时间为12～48h。
8.权利权利要求5～7任一项所述制备方法制备得到的保温节能涂层。
9.权利要求1～3任一项所述的高反射率涂料、权利要求4所述制备方法制备得到的高反射率涂料或权利要求8所述的保温节能涂层在高温工作设备中的应用。
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