CN117125963A - 窑炉用耐高温隔热涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种窑炉用耐高温隔热涂料及其制备方法和应用。所述隔热涂料包括底涂剂和面涂剂，按质量份计，所述底涂剂的A组分主要由2.0模数硅酸钠组成，B组分主要由偏高岭土、矿粉、200目石英砂、80～120目石英砂、40～80目石英砂组成；所述面涂剂的A组分主要由2.0模数硅酸钠组成，B组分主要由偏高岭土、矿粉、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、硅藻土沸石混合改性料、引气剂、玄武岩纤维组成。其中，硅酸钠、偏高岭土和矿粉作为成膜物质，与金属具有较强的结合力，同时底涂剂和面涂剂各配方中的各原料相互配合，并且底涂剂和面涂剂相互配合，协同作用，使得上述隔热涂料应用于窑炉等金属外壳上时，具有结合强度高、隔热性能好、耐冻融性能好等特点。

Description

窑炉用耐高温隔热涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及耐高温涂料领域，具体涉及一种窑炉用耐高温隔热涂料及其制备方法和应用。
背景技术
目前我国的总能源消耗中工业窑炉的耗能约占了25～40％，而且炉窑的热效率仅为30％左右，尤其是内部温度达到1000℃以上的工业窑炉。为了能有效改善窑炉的热效率，人们对窑炉内壁进行改造，通过在炉窑内部设计研究新的耐火砖，重新设计窑炉内部结构，利用红外辐射涂料与发热件配合设计制造出红外辐射加热装置等，如此经生产实践所证实，大幅度提高了窑炉的热效率和生产率，降低了热损失，延长了窑炉炉墙的使用寿命，在一定程度上达到节能减排的目的。
但是研究表明：水泥厂回转窑和窑尾预热器表面的热能损失相当巨大，黄洋洋在2500t/d新型干法水泥生产线热工标定于分析中得出预热器一级出口废气带走的热量为总热能的18.99％，系统表面散热10.45％，熟料带走热量为5.14％。仅系统表面散热占比为10.45％，这是相当大的热量损失，所以，如何降低系统表面热量损失，起到节能降耗的目的，也是人们的研究热点之一。
例如，武汉钢铁(集团)公司于2015年5月13日授权的中国实用新型专利CN204329612U中公开了一种用于制备炉窑壳体的复合隔热板，其主要由硅酸盐隔热板层、陶瓷纤维板层、粘接在硅酸盐隔热板层与陶瓷纤维板层之间的耐热金属细丝网层、硅酸盐隔热板层上粘接的金属基反射层、金属基发射层上粘接的黑体辐射涂料、陶瓷纤维板层下端面上粘接的耐高温粘接剂层组成。该复合隔热板能够弯曲直接贴附在炉壳上，通过其本身的低导热系数以及表面涂层通过反辐射减少了热量的向外传导，有效提高窑炉的保温效果，但是该复合隔热板的结构复杂，制备工艺复杂，而且因炉窑启停产生的温度冷热交替时易导致附着力小、易起泡起皮等问题。
再例如，南京东顶新材料科技有限公司于2019年6月28日公布的中国专利申请CN109943225A中公开了一种炉窑专用耐高温防腐面漆，其由以下重量份的各组分组成：环氧改性有机硅树脂40-60份、铝粉10-25份、钛白粉5-10份、偶联剂3-8份、稳定剂1-3份、润湿分散剂0.1-2份、流平剂0.1-2份、溶剂15-30份；上述耐高温防腐面漆虽然具有优良的耐高温、耐老化等性能，高温稳定性好等特点，但是该耐高温防腐面漆以有机硅树脂为主要成分，由于有机硅树脂自身的特点，其在高温状态下的使用寿命通常不到半年就会出现鼓包、起泡、起皮脱落等现象；而且因炉窑启停产生的温度冷热交替时，也容易出现起泡起皮等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明确有必要提供一种窑炉用耐高温隔热涂料及其制备方法和应用，该隔热涂料应用于窑炉等金属外壳上时，具有结合强度高、隔热性能好、耐冻融性能好等特点。
具体地，本发明提供的技术方案为：一种窑炉用耐高温隔热涂料，包括底涂剂和面涂剂，
其中，所述底涂剂为双组份涂料，包括A组分和B组分，按质量份计，A组分主要由2.0模数硅酸钠20～25组成，B组分主要由偏高岭土15～20、矿粉10～15、200目石英砂5～10、80～120目石英砂15～30、40～80目石英砂10～30组成；
所述面涂剂为双组份涂料，包括A组分和B组分，按质量份计，A组分主要由2.0模数硅酸钠20～25组成，B组分主要由偏高岭土10～20、矿粉10～15、膨胀蛭石5～10、膨胀珍珠岩15～30、硅藻土沸石混合改性料10～20、引气剂0.5～1、玄武岩纤维0.5～1组成。
优选地，涂料中的各原料的粒径如下：偏高岭土的粒径1000目以上，矿粉粒径600目以上，膨胀蛭石的粒径3～5mm以上，膨胀珍珠岩的粒径1～7mm以上，硅藻土沸石混合改性料的粒径400目以上，引气剂优选为水溶性引气剂，玄武岩纤维长度优选为3mm以上的玄武岩纤维。
所述面涂剂以地质聚合物作为胶黏材料，并都由无机材料组成，具有较好的耐高温性能。所述面涂剂通过添加低导热系数的膨胀蛭石和闭孔珍珠岩作为轻质隔热填料，硅藻土沸石混合改性料作为多孔真空及半真空的隔热填料，同时结合引气剂，在搅拌施工时引入微小的闭合气泡，经过多重复合技术，使得面涂剂成膜后形成的面涂膜能够有效阻止热传导，显著提升隔温能力，实现优异的隔热保温性能，达到节能减碳的目的。为使窑炉表面的金属壳表面温度达到1000℃以上时，面涂膜仍然不易脱落，且具有比较好的隔热效果，所述面涂剂为厚度型涂料，涂覆厚度为15～20mm。
在施工应用过程中，所述底涂剂以地质聚合物作为主要胶黏材料，与窑炉金属壳，尤其是与钢板壳具有比较高的粘接强度，且该粘结强度大于底涂剂成膜后形成的底涂膜自身的开裂强度，使耐高温隔热涂料在高温时，因钢板的膨胀造成形成的大量的微小裂纹不影响耐高温隔热涂料的隔热效果，同时利用底涂膜自身产生的无数微裂纹，实现膨胀系数变大的目标，确保耐高温隔热涂料与钢板的膨胀系数比较接近，从而使得底涂膜难以从钢板脱离，能够有效解决施工过程中，高温节能涂料在施工过程中形成空鼓导致其与窑炉表面的附着力降低的问题。所述底涂料为薄涂型涂料，其涂覆厚度优选为0.1～0.2mm。
另外，所述底涂剂中的石英砂设计为不同粒径，增加了底涂膜的表面粗糙度，有力增强了底涂膜和面涂膜之间的结合强度，减少或避免使用过程中出现面涂膜从底涂膜上脱落的情况；如此使得窑炉壳表面温度达到1000℃以上时，各涂层仍然不易脱落。同时，不同颗粒的石英砂搭配也是为了确保在底涂剂加水搅拌之后形成的底涂浆料有一定的粘度和悬浮性，并保证较大的骨料不能沉降至底部，形成沉淀；若底涂剂的石英砂仅设计为40～80目石英砂，在加水搅拌形成底涂浆料5min左右就会造成骨料沉降离析，且在涂刷底涂浆料时，起不到应有的作用；选用太细的适应砂，200目或者更细的产品，虽然没有沉降离析问题，但是其形成的底涂膜的粗糙度较小，不能与面涂膜有效结合，从而使得涂层容易脱落。
基于上述涂料，所述硅藻土沸石混合改性料主要通过以下方法制得：
混合焙烧、先将硅藻土粉和沸石粉在高速混合改性机中高速搅拌至充分混合获得混合原料，再将所述混合原料于400℃～450℃的温度下焙烧形成多孔材料粉体，冷却干燥后进行除杂处理；
二次改性、将经过除杂处理的所述多孔材料粉体再次加入高速混合改性机中，并添加硬脂酸高速搅拌至所述入高速混合改性机温度升高至70～80℃，冷却干燥后即制得所述硅藻土沸石混合改性料。
其中，在上述混合焙烧的步骤中，粒度600目以上的硅藻土粉和粒度400目以上的沸石粉经过上述混合焙烧处理可以最大限度的降低材料内部的结晶水，清除孔道和孔径内的有机物，增加空洞体积；同时沸石粉和硅藻土粉在高速搅拌时实现了充分混合，不同粒径的粉体相互包覆，在高温焙烧时可以使粉体空洞形成一种封闭孔；降低物料的导热系数，提升物料的隔热形成；将焙烧后的物料干燥下冷却过筛，去除较大的杂质。因此，优选地，所述硅藻土粉和沸石粉的质量比为1:0.9～1.3，焙烧时间为1～3h；更优选地，所述硅藻土粉和沸石粉的质量比为1:1，焙烧温450℃，度焙烧时间为2h。
在所述二次改性的步骤中，经过除杂处理的所述多孔材料粉体在高速混合改性机中经硬脂酸改性处理后制得的硅藻土沸石混合改性料具有一定的表面憎水性，保证在施工加水搅拌时，降低硅藻土沸石混合改性料的吸水性，保证其中空洞的真空度。优选地，所述硬脂酸的添加量为所述硅藻土粉和沸石粉总质量的1～2％。由于硬脂酸的溶解温度为70～80℃，过高的温度硬脂酸会气化，温度低则不能熔融，所以，所述二次改性步骤的温度限定为70～80℃。
因此，上述硅藻土沸石混合改性料是一种优异的多孔真空及半真空的隔热填料，能保证在施工过程中保持硅藻土和沸石粉优异的隔热性能不降低的同时，还能有效的减少硅藻土强度偏低产生的影响。
本发明还提供一种上述窑炉用耐高温隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：
底涂剂的制备：先将偏高岭土和矿粉混合均匀，得到首次混合料；再将所述首次混合料、200目石英砂、80～200目石英砂和40～80目石英砂混合均匀，制得底涂剂B组分；底涂剂A组分主要由2.0模数硅酸钠组成；
面涂剂的制备：先将偏高岭土、矿粉、硅藻土沸石混合改性料、引气剂和玄武岩纤维均匀混合，形成二次混合料；再所述二次混合料、膨胀蛭石和膨胀珍珠岩进行混合，获得均匀混合的面涂剂的B组分；面涂剂的A组分主要由2.0模数硅酸钠组成。
优选地，在所述低涂剂的制备的步骤中，先将偏高岭土和矿粉以1000～1500转/min的速度混合搅拌，形成所述首次混合料；将所述首次混合料、200目石英砂、80～200目石英砂和40～80目石英砂以20～40转/min的速度混合搅拌制得所述底涂剂B组分；
在所述面涂剂的制备的步骤中，先以1000～1800转/min的速度对偏高岭土、矿粉、硅藻土沸石混合改性料、引气剂和玄武岩纤维进行混合搅拌，再加入膨胀蛭石和膨胀珍珠岩并以20～40转/min的速度进行搅拌，获得面涂剂的B组分。
本发明还提供一种上述窑炉用耐高温隔热涂料的应用，包括步骤：
底涂剂的应用：按照底涂剂与水质量比1:0.3的比例先将其A组分完全溶解在水中，并静置；再加入其B组分均匀搅拌形成底涂浆料；然后将所述底涂浆料施工在窑炉金属外壳表面，形成底涂膜；
面涂剂的应用：按照面涂剂与水质量比1:0.7的比例先将其A组分完全溶解在水中，并静置；再加入其B组分均匀搅拌形成面涂浆料；然后将所述面涂浆料施工在所述底涂膜表面，形成面涂膜。
其中，在所述底涂剂的应用步骤中，可以采用辊涂或刷涂等方式在窑炉表面的施工部位辊涂或刷涂，施工厚度应不得超过40～80目石英砂的粒径，待底涂施工结束形成底涂膜后即可进行面涂施工。其中，施工厚度不超过40～80目石英砂的粒径，使40～80目石英砂以不连贯的方式分散在涂层表面，增加了底涂膜的粗糙度，从而使得底涂膜与面涂膜之间有加大的界面结合强度。
在所述面涂剂的应用步骤中，可以采用批涂或喷涂等方式在所述底涂膜的施工部位批涂或喷涂，施工厚度应不得低于1.5cm。
因此，本发明提供的上述窑炉用耐高温隔热涂料中，2.0模数硅酸钠、偏高岭土和矿粉作为胶黏材料的原料，其中的2.0模数硅酸钠作为激发剂，偏高岭土、矿粉等物质作为硅铝质材料，在一定的碱度下激发剂与硅铝质材料之间发生化学反应生产一种新的硅铝长链结构的物质，作为成膜物，该成膜物具有较好的耐高温性，与窑炉金属壳基材结合牢固，可以改善或克服传统涂料胶粘带来的高温环境易老化的问题。膨胀蛭石和闭孔珍珠岩作为轻质隔热填料，硅藻土沸石混合改性料作为多孔真空及半真空的隔热填料，引气剂可以使上述耐高温隔热涂料在施工搅拌过程中引入大量的闭合的微小气泡，几者相互配合，协同作用有利于降低涂料成膜后的导热系数，提高隔温能力，使得上述耐高温隔热涂料成膜后具有优异的隔热、保温性能，实现了减少热损、节约能耗、减少碳排放的目的。
所以，上述窑炉用耐高温隔热涂料中的硅酸钠、偏高岭土和矿粉作为成膜物质，与金属具有较强的结合力，尤其是钢铁材质具有较强的结合力；同时底涂剂和面涂剂各配方中的各原料相互配合，并且底涂剂和面涂剂相互配合，协同作用，使得上述隔热涂料刷涂在高温窑炉、高温设备、高温管道的金属质外表面，具有施工方便、结合强度高、隔热保温性能好的特点，与金属基体结合牢固，并且能够长期耐受1000℃以上的高温。此外，上述涂料的耐冻融性能比较好，冷热交替时，也不易出现气泡、脱皮等现象。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
其中，以下各实施例中提供的硅藻土沸石混合改性料由以下方法制得：将硅藻土和沸石粉混合改性，按照1:1的比例混合后在高速混合改性机中以每min1400转的高速搅拌3min，是物料充分混合均匀；将混合均匀的物料在450℃的温度下焙烧2h，获得焙烧混合料；将焙烧混合料再次加入高速加热混合改性机，再添加1％的硬脂酸，高速搅拌至设备温度升高至80℃，硅藻土和沸石混合料表面改性完成，获得硅藻土沸石混合改性料。其中，所述硅藻土由粒度分为600目、800目、1250目的硅藻土按照10:4:1的质量比组成；所述沸石由粒度分为400目、600目、800目的沸石按照10:4:1的质量比组成。
各实施例提供的涂料采用以下方法验证性能
1)将对应的涂料浆料放置在搅拌桶内观察其流动度变化情况，判断其施工性。其中，初凝时间是指：于室温25℃下，从涂料加水拌和到浆料的流动性基本保持不变的时间；初凝时间过长过短均不好，一般大于60min，优选为60～90min，且以60min左右为最佳。
2)抗震试验的测试方法：将样品从1.5米高空抛落，查看落地后，钢板上的涂层与钢板的粘结情况，或是掉落的面积；其中，抗震性能等级判断标准如下：
优秀：掉落面积不超过总面积的1/5，或者掉落部位位于样板的边缘部位1～2cm出；
良好：掉落面积不超过总面积的1/4，或者掉落部位位于样板的边缘部位2～3cm出；
一般：掉落面积不超过总面积的1/3，或者掉落部位位于样板的边缘部位3～4cm出；
差：其他情况即判定为差。
3)粘结强度测试方法：采用GB14907-2018《钢结构防火涂料》标准中粘结强度测定的方法进行。
4)隔热性能测试方法：采用背火烘烤的方法，利用恒温加热器对涂层背面钢板进行加热，将加热至300℃，保温2h后，采用测温仪测量涂层表面的温度。
5)耐冻融试验：将各样品在室温放置48h，放置于电炉上方以300℃温度烘烤2h，降至常温，放入冰柜中冷冻24h取出，待解冻后再次烘烤2h，此为一次循环；经过一个循序不出现面涂开裂、翘边、脱落、起皮等现象即为无异常，3次循环无异常即为合格产品。
一、底涂剂的影响
本发明实施例1提供一种窑炉用耐高温隔热涂料，包括底涂剂和面涂剂。其中，所述底涂剂为双组份涂料，按质量份计，A组分：2.0模数硅酸钠20～25组成；B组分的原料包括：粒度1250目的偏高岭土15～20、粒度1000目的矿粉10～15、200目石英砂5～10、80～120目石英砂15～30、40～80目石英砂10～30组成；该B组份的制备方法：按照配比，先将偏高岭土和矿粉、加入高速搅拌器中，以1500转/min的转速，混合搅拌2min，形成首次混合料；再将所述首次混合料、200目石英砂、80～200目石英砂和40～80目石英砂加入低速搅拌锅中，以30转/min的转速搅拌30min即可制得底涂剂的B组分。
所述面涂剂为双组份涂料，按质量份计，A组分：2.0模数硅酸钠20～25；B组分：粒度1250目的偏高岭土10～20、粒度1000目的矿粉10～15、粒度3～5mm的膨胀蛭石5～10、粒度1～7mm的膨胀闭孔珍珠岩15～30、粒度400目以上的硅藻土沸石混合改性料10～20、AE-3型水溶性引气剂0.5～1、长度6mm的玄武岩纤维0.5～1组成；该B组份的制备方法：按照配比，将对偏高岭土、矿粉、硅藻土沸石混合改性料、引气剂和玄武岩纤维加入高速搅拌器中，以1500转/min的转速混合搅拌2min，获得二次混合料，高速搅拌器可以使玄武岩纤维及各种物料充分混合，将二次混合料与膨胀蛭石和膨胀闭孔珍珠岩置于低速搅拌锅中，以30转/min的转速搅拌30min即可制得面涂剂的B组分。
实施例1和对比例1～4提供的窑炉用耐高温隔热涂料的原料配比如表1所示。其中，对比例1与实施例1的主要区别在于：对比例1不使用底涂剂。
表1耐高温隔热涂料原料质量份配比表
应用
实施例1及对比例1～4提供的耐高温隔热涂料做以下应用：
底涂剂的应用：按照实施例1及对比例2～4提供的底涂剂分别与水质量比1:0.3的比例先将其中的2.0模数硅酸钠完全溶解在水中，并静置；再加入其它组分均匀搅拌形成底涂浆料；然后将所述底涂浆料施工在3.5mm厚的钢板上，形成底涂膜；
面涂剂的应用：按照实施例1及对比例1～4提供的面涂剂分别与水质量比1:0.7的比例先将其中的2.0模数硅酸钠完全溶解在水中，并静置；再加入其它组分均匀搅拌形成面涂浆料；然后将所述面涂浆料施工在对应的底涂膜表面或3.5mm厚的钢板上，形成面涂膜，进而获得实施例样品1及对比例样品1～2，且每个样品上的涂层总厚度约1～1.5cm。
实施例1及对比例1～4提供的窑炉用耐高温隔热涂料中的底涂浆料的施工性以及节能涂料的抗震性能、粘结强度、隔热性能和耐冻融性能试验结果如表2所示。
表2窑炉用耐高温隔热涂料性能测试结果表
从表2中可以看出：本发明实施例1提供的涂料，其抗震性能均达到良好以上，甚至达到优秀级别；其粘结强度0.08兆帕大于等于0.04兆帕(GB14907-2018《钢结构防火涂料》中规定，粘结强度应大于0.04兆帕)；当内部温度300℃时，涂层表面温度降至125℃，隔热效果良好；实施例1提的涂料能够经受5个冷热交替循环，耐冻融性能好。
对比例1不使用底涂，将面涂浆料直接涂刷在钢板上，面涂膜与钢板的粘结强度有限，所以当面涂膜受到高温加热时，会出现涂层脱落现象。但是，实施例1先将底涂浆料涂覆再钢板上，在钢板表面可以形成一层凹凸不平的、表面粗糙度比较大底涂膜，不但可以增加底涂膜与钢板的结合强度，还能增加面涂膜和底涂膜之间的结合强度，进而提高了涂层与钢板的粘结强度。
对比例2的底涂剂中缺少了40～80目的石英砂，80～120目的石英砂比例比较大，如此形成的底涂浆料静置60min后虽然不会出现沉淀，但是表面粗糙度小，面涂与底涂粘结力不强。对比例3中底涂配比缺少了200目石英砂，40～80目砂的比例较大，其形成的底涂浆料快速出现沉淀，不利于施工，而且与其底涂剂结合，形成的涂层的煅烧过程中有炸裂现象。对比例4的底涂剂中采用的石英砂为细砂，底涂涂刷完后，没有粗糙度，造成面涂易脱落，抗震性能差。因此，底涂剂中的石英砂优选由200目5～10份、80～120目15～30份、40～80目10～30份组成；如此，底涂剂中的石英砂粒径和质量份协调，与2.0模数硅酸钠、偏高岭土、矿粉相配合，使得底涂剂与窑炉金属外壳有较好结合强度的同时，与面涂剂之间也有较好的结合强度。
二、胶黏材料的影响
下面每一实施例或对比例提供的隔热涂料中的底涂剂和面涂剂中的胶黏材料的组成相同，分析其中各原料配比对耐高温隔热涂料性能的影响。
硅酸钠、矿粉和偏高岭土是地质聚合物反应的常用原材料，通常用作涂料的胶黏材料，成膜物质。
1)胶凝材料的原料选择对其性能的影响
为了更好的考察原料对胶黏材料的影响，将2.0模数硅酸钠、矿粉以及偏高岭土之间的比例如表3所示。将样品搅拌好后浇入一个直径为10cm，高度为2cm的圆形磨具中，用保鲜膜密封放置，测试凝结时间和凝固后的安定性，安定性测试方法观察放置一段时间圆饼表面状态的变化，看圆饼有无裂纹或者裂纹的大小。
表3胶黏材料原料配比
从表3可以看出：2.0模数硅酸钠与矿粉反应速度很快，2h即可凝固，但是凝固后，在室内放置一段时间出现裂纹，说明单独使用矿粉存在开裂风险；2.0模数硅酸钠与偏高岭土反应速度太慢，在单独测试2.0模数硅酸钠和偏高领土时，硬化时间都达到了24h以上，如果再添加其他填料组分，使凝结时间更长。
2)矿粉和偏高岭土的质量比对窑炉用耐高温隔热涂料性能的影响
偏高岭土主要成分为硅质和铝质成分，提供了胶黏材料所需的硅、铝质组分，在聚合反应中形成硅氧四面体和铝氧四面体，如此成分结构使胶黏材料具有一定的抗拉能力。矿粉主要成分为钙质和硅质，在地质聚合反应过程中主要产物为钙质聚合物，使涂料的强度发挥的更快。
为此，本发明实施例2提供一种窑炉用耐高温隔热涂料，其与实施例1提供的隔热涂料的原料组成基本相同，主要不同之处在于：本实施例中偏高岭土与矿粉的总质量份为30份，且每组矿粉与偏高岭土的质量比如表6所示，其它成分及制备方法和应用方法都相同；如此，本发明实施例2每组提供的隔热涂料的初凝时间及粘结强度的测试结果如表4所示。
表4矿粉和偏高岭土的质量比对胶黏材料性能的影响
序号 矿粉：偏高岭土 初凝时间 粘结强度(MPa)
1 3:1 35～40min 0.2
2 2:1 55～60min 0.3
3 1:1 70～80min 0.5
4 1:2 90～100min 0.5
5 1:3 120min以上 0.4
从表4可以看出：矿粉添加量大时，反应快，粘结强度偏低，偏高岭土添加量大到1:3时，初凝时间增长，反应速度明显下降，粘结强度也出现下降；综合考虑，矿粉：偏高岭土的质量比为1:1～2。3)2.0模数硅酸钠添加量对窑炉用耐高温隔热涂料性能的影响
本发明实施例3提供一种窑炉用耐高温隔热涂料，其与实施例1提供的窑炉用耐高温隔热涂料基本相同，主要区别在于：本实施例和实施例1的底涂剂和面涂剂的配方不同，但制备方法相同。
具体地，按质量份计，实施例3的底涂剂的A组分：2.0模数硅酸钠15～30组成，B组分的原料包括：粒度1250目的偏高岭土18、粒度1000目的矿粉12、200目石英砂10、80～120目石英砂20、40～80目石英砂20组成；
实施例3的面涂剂A组分：2.0模数硅酸钠15～30；B组分：粒度1250目的偏高岭土18、粒度1000目的矿粉12、粒度3～5mm的膨胀蛭石8、粒度2～6mm的膨胀闭孔珍珠岩25、粒度400目以上的硅藻土沸石混合改性料15、引气剂0.7、长度3mm的玄武岩纤维0.7组成。
本实施例中的上述底涂剂和面涂剂的应用方法相同。
本实施例针对2.0模数硅酸钠的添加量设置了四个水平试验，第一组：15份，第二组：20份，第三组：25份，第四组：30份。本实施例每组试验提供的节能涂料的粘结强度和隔热性能试验结果如表5所示。
表5 2.0模数硅酸钠添加量对窑炉用耐高温隔热涂料性能影响表
分类 粘结强度(MPa) 表层温度(℃)
第一组 0.2 煅烧过程中出现粉化现象
第二组 0.4 125
第三组 0.5 140
第四组 0.6 煅烧过程中中间部分炸掉一块
从表5可以看出：硅酸钠的添加量对窑炉用耐高温隔热涂料的粘结强度和隔热效果都有明显影响；硅酸钠是涂料的重要组成部分，硅酸钠的用量对地质聚合反应生成产物有直接影响，硅酸钠不但提供了反应的部分碱度，主要是提供反应所需的硅酸根离子，硅酸根离子量决定了产品的主要生成物的形式。若硅酸钠含量低，会造成生成产物不足，强度低；若添加量过大，会造成硅酸根离子不能完全参与反应，反应固化后多余的硅酸钠易在表面形成固化层，当窑炉升温时，产品内部的结晶水不易挥发，造成涂成爆裂。因此，本发明中硅酸钠的添加量优选为20～25质量份。
4)硅酸钠和硅铝质组分的比例对窑炉用耐高温隔热涂料性能的影响
偏高岭土和矿粉作为硅铝质组分，是涂料中的胶黏材料的主要原料组成部分。由偏高岭土和矿粉组成的硅铝质组分与2.0模数硅酸钠的比例，决定着本发明实施例提供的窑炉用耐高温隔热涂料的性能；下面通过抗折强度和抗压强度测试，考察2.0模数硅酸钠与硅铝质组分比例对窑炉用耐高温隔热涂料的影响。
具体地，本发明实施例4提供一种窑炉用耐高温隔热涂料，其与实施例1提供的隔热涂料的原料组成基本相同，主要不同之处在于：本实施例中的2.0模数硅酸钠与硅铝质组分的质量比相同，均如表6所示，且偏高岭土与矿粉的质量比为3:2，其它的成分及制备方法和应用方法都相同。按照GB/T17671规定测试胶砂强度，检测硅酸钠与硅铝质组分不同质量比时的抗折强度和抗压，结果如表6所示。
表6硅酸钠与硅铝质组分的比例对隔热涂料的性能影响表
从表6可以看出：硅酸钠与硅铝质组分(矿粉和偏高岭土)的质量比为1:1.5时，抗折强度和抗压强度比较高。
因此，综合考量表3～6，2.0模数硅酸钠、偏高岭土和矿粉三者质量比为1:1～2:1～2时胶凝材料的性能最佳。
三、硅藻土沸石混合改性料及引气剂对隔热涂料性能的影响
本发明实施例5提供一种窑炉用耐高温隔热涂料，其与实施例1提供的隔热涂料的原料、制备方法和应用方法相同，主要不同之处在于：本实施例与实施例中的底涂剂和面涂剂的原料配比不同。具体地，本实施例中，底涂剂的配方由以下质量份的原料：2.0模数硅酸钠25、粒度1250目的偏高岭土20、粒度1000目的矿粉15、200目石英砂8、80～120目石英砂27、40～80目石英砂20组成；面涂剂由以下质量份的原料：2.0模数硅酸钠25、粒度1250目的偏高岭土20、粒度1000目的矿粉15、粒度3～5mm的膨胀蛭石8、粒度3～6mm的膨胀闭孔珍珠岩25、粒度400目以上的硅藻土沸石混合改性料15、引气剂0.3、长度3mm的玄武岩纤维0.3组成。
与实施例5相比，对比例5提供的耐高温隔热涂料用硅藻土和沸石的简单混合料代替实施例5中的硅藻土沸石混合改性料，且两者中的硅藻土的粒径及其配比相同，两者中的沸石的粒径及其配比相同；其它均相同。
与实施例5相比，对比例6提供的耐高温隔热涂料中不添加引气剂，其它均相同。
实施例5及对比例5～6提供的隔热涂料的隔热性能结果及面涂浆料的状态如表7所示。
表7硅藻土沸石混合改性料及引气剂对涂料性能的影响表
项目 表面温度 面涂浆料状态
实施例5 118℃ 体积变大，表观蓬松
对比例5 170℃ 体积变大，表观蓬松
对比例6 150℃ 未表现出添加引气剂的状态
从表7中可以看出：在相同条件下，与对比例5相比，实施例2使用硅藻土沸石混合改性料，使得面涂剂成膜后的表面温度比较低，从而说明本发明实施例采用的硅藻土沸石混合改性料具有优异的隔热性能。
与对比例6相比，实施例5提供的面涂剂中加入引气剂可以显著降低钢板表面温度。
四、实际应用
2022年7月24日至7月28日在汝阳中联水泥厂回转窑窑头罩(钢铁材质)上采用实施例1提供的窑炉用耐高温隔热涂料进行了施工并试用至今，其中，涂层总厚度约15mm。2022年8月28日～9月3日，当窑炉内部温度和涂层表面温度如下表8所示。采用精密测温枪测试窑炉内部及涂层表面温度。
其中，实施例1提供的窑炉用耐高温隔热涂料具体施工过程包括以下步骤：
底涂剂的应用：按照底涂剂与水质量比1:0.3的比例先将其中的2.0模数硅酸钠完全溶解在水中，并静置；再加入其它组分均匀搅拌形成底涂浆料；然后将所述底涂浆料施工在窑炉钢铁外壳表面，形成底涂膜；
面涂剂的应用：按照面涂剂与水质量比1:0.7的比例先将其中的2.0模数硅酸钠完全溶解在水中，并静置；再加入其它组分均匀搅拌形成面涂浆料；然后将所述面涂浆料施工在所述底涂膜表面，形成面涂膜。
表8窑炉用耐高温隔热涂料实际应用效果表
窑炉温度(℃) 表层温度(℃)
200～300 130～145
400～500 220～245
800以上 440～460
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种窑炉用耐高温隔热涂料，其特征在于：包括底涂剂和面涂剂，
其中，所述底涂剂为双组份涂料，包括A组分和B组分，按质量份计，A组分主要由2.0模数硅酸钠20～25组成，B组分主要由偏高岭土15～20、矿粉10～15、200目石英砂5～10、80～120目石英砂15～30、40～80目石英砂10～30组成；
所述面涂剂为双组份涂料，包括A组分和B组分，按质量份计，A组分主要由2.0模数硅酸钠20～25组成，B组分主要由偏高岭土10～20、矿粉10～15、膨胀蛭石5～10、膨胀珍珠岩15～30、硅藻土沸石混合改性料10～20、引气剂0.5～1、玄武岩纤维0.5～1组成。
2. 根据权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于：所述面涂剂和底涂剂中的2.0模数硅酸钠、矿粉与偏高岭土的质量比均为1 : 1～2 : 1～2。
3. 根据权利要求2所述的隔热涂料，其特征在于：所述面涂剂和底涂剂中的矿粉与偏高岭土的质量比均为1 : 1～2。
4.根据权利要求3所述的隔热涂料，其特征在于：所述面涂剂和底涂剂中的2.0模数硅酸钠的质量与偏高岭土和矿粉的总质量的比例均为1:1.5。
5.根据权利要求1～4任一项所述的隔热涂料，其特征在于：所述硅藻土沸石混合改性料主要通过以下方法制得：
混合焙烧、先将硅藻土粉和沸石粉在高速混合改性机中高速搅拌至充分混合获得混合原料，再将所述混合原料于400℃～450℃的温度下焙烧形成多孔材料粉体，冷却干燥后进行除杂处理；
二次改性、将经过除杂处理的所述多孔材料粉体再次加入高速混合改性机中，并添加硬脂酸高速搅拌至所述入高速混合改性机温度升高至70～80℃，冷却干燥后即制得所述硅藻土沸石混合改性料。
6. 根据权利要求5所述的隔热涂料，其特征在于：在所述混合焙烧的步骤中，所述硅藻土粉和沸石粉的质量比为1:0.9～1.3，焙烧时间为1～3 h。
7.根据权利要求5所述的隔热涂料，其特征在于：在所述二次改性的步骤中，所述硬脂酸的添加量为所述硅藻土粉和沸石粉总质量的1～2%。
8.一种权利要求1～7任一项所述的隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：
底涂剂的制备：先将偏高岭土和矿粉混合均匀，得到首次混合料；再将所述首次混合料、200目石英砂、80～200目石英砂和40～80目石英砂混合均匀，制得底涂剂B组分；底涂剂A组分主要由2.0模数硅酸钠组成；
面涂剂的制备：先将偏高岭土、矿粉、硅藻土沸石混合改性料、引气剂和玄武岩纤维均匀混合，形成二次混合料；再所述二次混合料、膨胀蛭石和膨胀珍珠岩进行混合，获得均匀混合的面涂剂的B组分；面涂剂的A组分主要由2.0模数硅酸钠组成。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：在所述底涂剂的制备的步骤中，先将偏高岭土和矿粉以1000～1500转/min的速度混合搅拌，形成所述首次混合料；将所述首次混合料、200目石英砂、80～200目石英砂和40～80目石英砂以20～40转/min的速度混合搅拌制得所述底涂剂B组分；
在所述面涂剂的制备的步骤中，先以1000～1800转/min的速度对偏高岭土、矿粉、硅藻土沸石混合改性料、引气剂和玄武岩纤维进行混合搅拌，再加入膨胀蛭石和膨胀珍珠岩并以20～40转/min的速度进行搅拌，获得面涂剂的B组分。
10.一种权利要求1～7任一项所述的隔热涂料的应用，包括步骤：
底涂剂的应用：按照底涂剂与水质量比1:0.3的比例先将其A组分完全溶解在水中，并静置；再加入其B组分均匀搅拌形成底涂浆料；然后将所述底涂浆料施工在窑炉金属外壳表面，形成底涂膜；
面涂剂的应用：按照面涂剂与水质量比1:0.7的比例先将其A组分完全溶解在水中，并静置；再加入其B组分均匀搅拌形成面涂浆料；然后将所述面涂浆料施工在所述底涂膜表面，形成面涂膜。
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