RU2794232C1 - Method for manufacturing highly-emissive sol-gel ceramic coating - Google Patents

Method for manufacturing highly-emissive sol-gel ceramic coating Download PDF

Info

Publication number
RU2794232C1
RU2794232C1 RU2022109397A RU2022109397A RU2794232C1 RU 2794232 C1 RU2794232 C1 RU 2794232C1 RU 2022109397 A RU2022109397 A RU 2022109397A RU 2022109397 A RU2022109397 A RU 2022109397A RU 2794232 C1 RU2794232 C1 RU 2794232C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
solcoat
water
temperature
lining
Prior art date
Application number
RU2022109397A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рамиль Равильевич Суюнов
Михаил Иосифович Лазерь
Николай Михайлович Дунин
Абдулла Ахтямович Мухамедшин
Рашид Ильдарович Газиев
Альбина Эльверовна Газиева
Александр Андреевич Симагин
Руслан Равильевич Суюнов
Пол Ноэл Боско
Original Assignee
Рамиль Равильевич Суюнов
Руслан Равильевич Суюнов
Filing date
Publication date
Application filed by Рамиль Равильевич Суюнов, Руслан Равильевич Суюнов filed Critical Рамиль Равильевич Суюнов
Application granted granted Critical
Publication of RU2794232C1 publication Critical patent/RU2794232C1/en

Links

Abstract

FIELD: manufacturing highly radiant Solcoat ceramic coating.
SUBSTANCE: invention relates to a method for manufacturing a water-based highly radiant Solcoat ceramic coating and can be used, in particular, in the petrochemical industry, metallurgy, waste incineration processes and other fields. A method of manufacturing a water-based high-emissivity ceramic coating Solcoat by baking liquid paint applied to a furnace lining is that a liquid paint is obtained by mixing Solcoat filler, Solcoat binder and water, a ceramic coating is formed on the surface of the lining by applying the resulting paint to the surface of the furnace lining, after which, at the first start-up of the furnace, water is avalanche-like evaporated by heating the applied paint to a temperature of 120°C at a rate of at least 0.5°C in minute, followed by baking the coating to a temperature not lower than the maturation temperature of the coating 560°C.
EFFECT: technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the coating by reducing the loss of thermal energy in the lining.
1 cl, 1 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к способу изготовления высокоизлучающего золь-гель керамического покрытия Solcoat на водной основе и может использоваться, в частности, в нефтехимической промышленности, металлургии, в технологических процессах сжигания мусора и других областях.The invention relates to a method for manufacturing a highly radiant water-based Solcoat ceramic sol-gel coating and can be used, in particular, in the petrochemical industry, metallurgy, waste incineration processes and other fields.

Уровень техникиState of the art

Высокоизлучающие покрытия - это покрытия, изменяющие эмиссионные свойства поверхностей. Такие покрытия хорошо известны. Они применяются в различных областях, включая черную, сталелитейную промышленность и нефтехимическую промышленность.Highly emissive coatings are coatings that change the emissive properties of surfaces. Such coatings are well known. They are used in various fields, including the iron and steel industry and the petrochemical industry.

Развитие современной техники характеризуется всемерной интенсификацией процессов, протекающих в различных установках и аппаратах. Это влечет за собой необходимость создания качественно новых конструкций с применением материалов, для изменения и управления лучистым теплообменом в промышленных тепловых агрегатах. Это относится и к теплообменным установкам, наиболее распространенными среди которых являются металлургические печи и печи нефтехимических производств.The development of modern technology is characterized by an all-round intensification of the processes occurring in various installations and apparatuses. This entails the need to create qualitatively new structures using materials to change and control radiant heat transfer in industrial thermal units. This also applies to heat exchange units, the most common of which are metallurgical furnaces and petrochemical furnaces.

Так коэффициент полезного действия большинства металлургических печей составляет 0,2-0,6. Повысить значение к.п.д. печи можно путем интенсификации теплообмена излучением, который в большинстве металлургических печей является преобладающим, а в некоторых - единственно возможным.So the efficiency of most metallurgical furnaces is 0.2-0.6. Increase the value of efficiency. furnaces can be achieved by intensifying heat transfer by radiation, which is predominant in most metallurgical furnaces, and in some it is the only possible one.

Одним из способов управления лучистым теплообменом в промышленных тепловых агрегатах является направленное изменение радиационных характеристик, участвующих в нем поверхностей за счет нанесения на них, так называемых, высокоизлучающих покрытий. Эти покрытия могут играть как роль интенсификаторов теплообмена, так и катализаторов процессов восстановления в топливных печах оксидов азота, образующихся при сжигании топлива.One of the ways to control radiant heat transfer in industrial thermal units is a directed change in the radiation characteristics of the surfaces involved in it by applying so-called highly radiant coatings to them. These coatings can play both the role of heat transfer intensifiers and catalysts for the reduction of nitrogen oxides formed during fuel combustion in fuel furnaces.

В качестве подложки для нанесения покрытий могут использоваться различные огнеупорные материалы или стальные конструкции элементов рабочего пространства тепловых агрегатов.Various refractory materials or steel structures of elements of the working space of thermal units can be used as a substrate for coating.

Основное физическое свойство высокоизлучающих покрытий состоит в том, что их нанесение на поверхности, участвующие в лучистом теплообмене приводит к повышению степени черноты излучающей поверхности.The main physical property of highly radiant coatings is that their deposition on surfaces involved in radiant heat exchange leads to an increase in the degree of emissivity of the radiating surface.

В публикации [Чернов В.В. Исследование и разработка способов интенсификации лучистого теплообмена в металлургических печах за счет повышения степени черноты поверхностей теплообмена. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, Москва 2004г.] проведён анализ влияния степени черноты поверхностей на теплообмен, из которого следует, что повышение степени черноты излучателей и тепловоспринимающих поверхностей интенсифицирует теплообмен излучением прямо пропорционально увеличению их степени черноты.In the publication [Chernov V.V. Research and development of methods for intensifying radiant heat transfer in metallurgical furnaces by increasing the emissivity of heat transfer surfaces. Thesis for the degree of candidate of technical sciences, Moscow, 2004] an analysis of the effect of the degree of blackness of surfaces on heat transfer was carried out, from which it follows that an increase in the degree of blackness of emitters and heat-receiving surfaces intensifies heat transfer by radiation in direct proportion to the increase in their degree of blackness.

Из уровня техники известен способ изготовления высокоизлучающего золь-гель керамического покрытия на водной основе с использованием компонент Solcoat™ /http://www.ctkeuro.ru/index.php?p=Coating/. В этом способе сначала изготавливают жидкую краску путём перемешивания до гомогенного состояния наполнителя Solcoat™, связующего Solcoat™ и воды. Затем эту краску наносят на предварительно очищенную, высушенную и обеспыленную поверхность, например, футеровки и в процессе пуска печи запекают с последующим повышением температуры до температуры не меньшей чем температура созревания.The prior art method of manufacturing a highly radiant water-based sol-gel ceramic coating using the Solcoat™ component /http://www.ctkeuro.ru/index.php?p=Coating/. In this method, a liquid paint is first made by homogeneous mixing of Solcoat™ filler, Solcoat™ binder and water. Then this paint is applied to a previously cleaned, dried and dust-free surface, for example, linings, and during the start-up of the furnace, it is baked, followed by an increase in temperature to a temperature not lower than the ripening temperature.

Этот способ наиболее близок к заявляемому.This method is closest to the claimed.

В результате реализации этого способа на поверхности футеровки образуется высокоизлучающее покрытие Solcoat.As a result of this method, a highly emissive Solcoat coating is formed on the surface of the lining.

Покрытие Solcoat представляет собой термостойкий газонепроницаемый керамический композит (до 1900°С). Оно обладает высокой коррозионной стойкостью в кислых газах и конденсатах. Покрытие Solcoat устойчиво к абляции и предотвращает образование накипи.The Solcoat coating is a heat-resistant, gas-tight ceramic composite (up to 1900°C). It has high corrosion resistance in acid gases and condensates. Solcoat is ablation resistant and prevents scale formation.

Покрытие Solcoat используют для минеральной футеровки, торкретирования и распыления керамики, керамических изоляционных огнеупорных кирпичей, монолитной керамики, керамических волокон и поверхностей из нержавеющей стали.Solcoat is used for mineral lining, shotcrete and spraying of ceramics, ceramic insulating refractory bricks, monolithic ceramics, ceramic fibers and stainless steel surfaces.

Покрытие Solcoat в зависимости от состава компонентов, используемых при его изготовлении, может быть в различных формах, например:The Solcoat coating, depending on the composition of the components used in its manufacture, can be in various forms, for example:

- зеленой - с повышенной коррозионной и термостойкостью,- green - with increased corrosion and heat resistance,

- черной - с повышенной стойкостью к истиранию при более низких температурах - CroMag - с увеличенным температурным пределом использования.- black - with increased resistance to abrasion at lower temperatures - CroMag - with an increased temperature limit of use.

Покрытие Solcoat изготавливают из краски на водной основе, получаемой путём смешивания в воде компонентов Solcoat.Solcoat is made from a water-based paint obtained by mixing Solcoat components in water.

Температура созревания - это температура нагревания покрытия при его создании, выше которой покрытие приобретает высокоизлучающие свойства.The maturation temperature is the heating temperature of the coating during its creation, above which the coating acquires highly radiant properties.

Высокоизлучающие свойства покрытия Solcoat формируют в процессе первого запуска печи после его нанесения на футеровку печи при повышении температуры в печи не менее чем до температуры созревания покрытияThe highly emissive properties of the Solcoat coating are formed during the first start-up of the furnace after it has been applied to the furnace lining by raising the temperature in the furnace to at least the maturation temperature of the coating.

Покрытие Solcoat имеет водную основу, может наноситься воздушным и/или безвоздушным распылением.Solcoat is water based and can be applied by air and/or airless spray.

Использование покрытия Solcoat обеспечивает продление срока службы защищенной футеровки, сокращая время простоя, а также снижает затраты производства, в котором используется, в том числе капитальные затраты.The use of Solcoat extends the life of the protected lining, reducing downtime, and also reduces the cost of production in which it is used, including capital costs.

Покрытие Solcoat эффективно для защиты от нагрева и коррозии промышленного оборудования, такого как: мусоросжигательные печи, дымоходы, обогреватели для нефтехимических и нефтеперерабатывающих заводов, химическое технологическое оборудование, промышленные дымоходы, бойлеры, стекло и металлургия, печи, горелки и т. д.Solcoat coating is effective for heat and corrosion protection of industrial equipment such as: incinerators, chimneys, heaters for petrochemical and refineries, chemical process equipment, industrial chimneys, boilers, glass and metallurgy, furnaces, burners, etc.

При нанесении покрытия Solcoat на футеровку его эффективность определяется уменьшением потерь тепловой энергии в футеровкеWhen applying the Solcoat coating to the lining, its effectiveness is determined by the reduction of heat energy losses in the lining

Недостатком этого способа изготовления высокоизлучающего золь-гель керамического покрытия является его недостаточная эффективностьThe disadvantage of this method of manufacturing a highly radiant sol-gel ceramic coating is its insufficient efficiency.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности покрытия за счет уменьшения потерь тепловой энергии в футеровке.The technical result of the claimed invention is to increase the efficiency of the coating by reducing the loss of thermal energy in the lining.

Технический результат достигается за счет осуществления способа изготовления золь-гель керамического покрытия Solcoat на водной основе запеканием жидкой краски, нанесённой на футеровку печи, заключающийся в том, что получают жидкую краску путем смешивания наполнителя Solcoat, связующего Solcoat и воды, после чего формируют керамическое покрытие на поверхности футеровки путем нанесения полученной краски на поверхность футеровки печи, осуществляют лавинообразное выпаривание воды за счет нагрева нанесенной краски до температуры не ниже температуры выпаривания воды при скорости изменения температуры при первом запуске печи после нанесения краски на поверхность футеровки печи не менее 0,5°С в минуту с последующим запеканием покрытия до температуры не ниже температуры созревания покрытия.The technical result is achieved by implementing a method for manufacturing a water-based sol-gel ceramic coating Solcoat by baking liquid paint applied to the furnace lining, which consists in obtaining liquid paint by mixing Solcoat filler, Solcoat binder and water, after which a ceramic coating is formed on surface of the lining by applying the resulting paint to the surface of the furnace lining, an avalanche-like evaporation of water is carried out by heating the applied paint to a temperature not lower than the evaporation temperature of water at a rate of temperature change at the first start of the furnace after applying paint to the surface of the furnace lining of at least 0.5 ° C in minute, followed by baking the coating to a temperature not lower than the maturation temperature of the coating.

Скорость изменения температуры при запекании покрытия должна быть максимально допустимой для данной печи. Верхний предел скорости изменения температуры определяется как наибольшая скорость нагрева, допускаемая технологической картой запуска печи.The rate of temperature change during baking of the coating should be the maximum allowable for a given oven. The upper limit of the temperature change rate is defined as the highest heating rate allowed by the kiln startup chart.

Преимущество перед аналогом достигается за счёт того, что поверхность покрытия имеет увеличенную развёрнутую переизлучающую поверхность, за счёт чего увеличивается переизлучение покрытия.The advantage over the analog is achieved due to the fact that the surface of the coating has an enlarged expanded re-radiating surface, due to which the re-radiation of the coating increases.

Потери тепловой энергии в футеровке печей определяются следующими факторами:Losses of thermal energy in the lining of furnaces are determined by the following factors:

долей переизлучённой энергииshare of reradiated energy

газопроницаемостью футеровки.gas permeability of the lining.

Потери тепловой энергии тем меньше, чем выше переизлучение и чем меньше газопроницаемость. В свою очередь, переизлучение тем больше, чем выше коэффициент переизлучения и чем выше развёрнутая переизлучающая поверхность, то есть, чем больше её шероховатость.The less thermal energy loss, the higher the reradiation and the lower the gas permeability. In turn, the reradiation is the greater, the higher the reradiation coefficient and the higher the deployed reradiating surface, that is, the greater its roughness.

Высокоизлучающее покрытие Solcoat, будучи нанесённым на футеровку печи, уменьшает потери тепловой энергии в футеровке за счёт того, что оно газонепроницаемо и за счёт того, что коэффициент переизлучения у высокоизлучающего покрытия лежит в диапазоне поглощения дымовых газов и при этом во всём диапазоне температур в печи существенно выше, чем у футеровки.The highly radiant coating Solcoat, when applied to the furnace lining, reduces the loss of thermal energy in the lining due to the fact that it is gas-tight and due to the fact that the re-emission coefficient of the highly radiant coating lies in the range of absorption of flue gases and, at the same time, over the entire temperature range in the furnace significantly higher than the lining.

Для получения покрытия Solcoat на футеровке печи сначала изготавливают специальную краску путем смешивания компонентов Solcoat и воды, затем наносят её на футеровку и запекают в процессе пуска печи.To obtain a Solcoat coating on a furnace lining, a special paint is first made by mixing the Solcoat components and water, then applied to the lining and baked during the start-up of the furnace.

Дополнительное уменьшение потерь тепловой энергии по заявляемому способу обеспечивается увеличением развёрнутой переизлучающей поверхности за счёт лавинообразного выпаривания воды при запекании высокоизлучающего покрытия.An additional reduction in the loss of thermal energy according to the claimed method is provided by an increase in the expanded re-radiating surface due to the avalanche-like evaporation of water during baking of the highly radiant coating.

Лавинообразное выпаривание воды применительно к выпариванию воды из краски для получения высокоизлучающего покрытия при её запекании представляет собой процесс лавинообразного вскипания, гомогенно распределённой по всему объёму краски воды, с образованием множества пузырьков пара. Содержанием этого процесса является образование пара внутри каждого обособленного микрообъёма воды (в краске), то есть испарение воды, сопровождающееся интенсивным образованием пузырей, заполненных паром. Множество пузырьков пара выходят за пределы покрытия, делая его шероховатым за счёт образующихся при выходе пара каверн. Увеличение шероховатости является основой уменьшения потерь тепловой энергии по заявляемому способу.Avalanche evaporation of water in relation to the evaporation of water from paint to obtain a highly radiant coating during its baking is an avalanche-like boiling process of water homogeneously distributed throughout the volume of the paint, with the formation of many vapor bubbles. The content of this process is the formation of steam inside each isolated microvolume of water (in the paint), that is, the evaporation of water, accompanied by the intense formation of bubbles filled with steam. Many steam bubbles go beyond the coating, making it rough due to the caverns formed when the steam exits. The increase in roughness is the basis for reducing the loss of thermal energy according to the proposed method.

При получении высокоизлучающего покрытия в технологическом процессе запуска печи имеется три характерные температуры технологического процесса создания покрытия.In the production of a highly emissive coating, there are three characteristic temperatures of the coating production process in the furnace start-up process.

Это:This:

Температура изготовления краски;Paint manufacturing temperature;

Температура запекания - это температура завершения выпаривания свободной (то есть не химически связанной) воды из краски. Это температура, при которой завершается выпаривание воды, которая была добавлена при приготовлении краски;The bake temperature is the temperature at which the free (i.e., non-chemically bound) water is completely evaporated from the paint. This is the temperature at which the evaporation of the water that was added during the preparation of the paint is completed;

Температура созревания - это температура нагревания покрытия, выше которой покрытие приобретает высокую излучающую способность (переизлучает с высоким коэффициентом переизлучения). Приобретаемая высокая излучаемая способность необратима, то есть при охлаждении покрытия оно не теряет это, ранее приобретённое свойство.The maturing temperature is the heating temperature of the coating, above which the coating acquires a high emissivity (reradiates with a high reradiance coefficient). The acquired high emissivity is irreversible, that is, when the coating is cooled, it does not lose this previously acquired property.

Кроме того, есть два температурных диапазона - температурный диапазон выпаривания свободной воды из краски и температурный диапазон выпаривания химически связанной воды из запечённого покрытия.In addition, there are two temperature ranges - the temperature range for evaporating free water from the paint and the temperature range for evaporating chemically bound water from the baked coating.

В процессе запуска печи (то есть при её нагревании) физические свойства краски меняются. In the process of starting the furnace (that is, when it is heated), the physical properties of the paint change.

Первое изменение происходит при закипании свободной воды и её выпаривании. Это изменение состоит в том, что нанесённая на футеровку краска становится запечённым с футеровкой покрытием. При этом покрытие Solcoat пока ещё не обладает высокоизлучающими свойствами.The first change occurs when free water boils and evaporates. This change consists in the fact that the paint applied to the lining becomes baked with the coated lining. At the same time, the Solcoat coating does not yet have highly radiant properties.

По завершении выпаривания свободной воды из краски, поверхность покрытия становится шероховатой за счёт образования выпариваемой свободной водой множества каверн на поверхности покрытия. При этом, чем выше скорость выпаривания, тем более шероховатая поверхность у покрытия.Upon completion of the evaporation of free water from the paint, the surface of the coating becomes rough due to the formation of many cavities on the surface of the coating by the evaporation of free water. In this case, the higher the evaporation rate, the more rough the surface of the coating.

При дальнейшем повышении температуры начинается постепенное выпаривание химически связанной воды, происходящее за счёт разрыва химических связей в покрытии, приводящее к изменению его химического состава и сопровождающееся образованием воды. Вода, превращаясь в пар, выходит из покрытия, делая его пористым.With a further increase in temperature, gradual evaporation of chemically bound water begins, which occurs due to the breaking of chemical bonds in the coating, leading to a change in its chemical composition and accompanied by the formation of water. Water, turning into steam, leaves the coating, making it porous.

При дальнейшем повышении температуры оксид хрома, содержащийся в покрытии, переходит из аморфного состояния в стеклообразное пластичное низковязкое состояние и в этом состоянии заполняет все поры, образовавшиеся ранее при выпаривании химически связанной воды. В результате покрытие становится газонепроницаемым.With a further increase in temperature, chromium oxide contained in the coating passes from an amorphous state to a glassy plastic low-viscosity state and in this state fills all the pores that were previously formed during the evaporation of chemically bound water. As a result, the coating becomes gas-tight.

В дальнейшем, при повышении температуры, начиная с температуры созревания, начинаются структурные изменения в покрытии, которые приводят к появлению высокоизлучающих свойств у покрытия.Later, as the temperature rises, starting from the maturation temperature, structural changes in the coating begin, which lead to the appearance of highly radiant properties in the coating.

Таким образом, температура созревания - это температура, при превышении которой в покрытии Solcoat начинаются необратимые изменения, проявляющиеся появлением в покрытии высокой переизлучающей способности.Thus, the maturation temperature is the temperature above which irreversible changes begin in the Solcoat coating, manifested by the appearance of a high re-emissivity in the coating.

Температура созревания равна 560°С.The ripening temperature is 560°C.

Запекание покрытия Solcoat на поверхности футеровки происходит при температуре запекания, которая ниже температуры созревания.The baking of the Solcoat on the surface of the lining takes place at a baking temperature that is below the curing temperature.

Температура запекания - это температура, при которой завершается процесс выпаривания свободной воды из краски.The baking temperature is the temperature at which the process of evaporating free water from the paint is completed.

Запекание состоит в жёстком сцеплении покрытия с поверхностью футеровки и происходит при выпаривании воды из нанесённой на футеровку краски. Затвердевание завершается при полном выпаривании воды. До этого момента краска остаётся пластичной и твердеет по мере выпаривания.Baking consists in the rigid adhesion of the coating to the surface of the lining and occurs when water evaporates from the paint applied to the lining. Hardening is completed when the water is completely evaporated. Up to this point, the paint remains plastic and hardens as it evaporates.

Если повышение температуры происходит плавно, и таково, что выпаривание воды происходит медленно, а не лавинообразно, то каверны на внешней поверхности покрытия, образующиеся при выходе пузырьков пара, успевают сгладится. В этом случае формируется гладкое затвердевшее покрытие с малой шероховатостью.If the temperature increase occurs smoothly, and is such that the evaporation of water occurs slowly, and not like an avalanche, then the cavities on the outer surface of the coating, which are formed when the vapor bubbles exit, have time to smooth out. In this case, a smooth hardened coating with low roughness is formed.

Если повышение температуры происходит сравнительно быстро, то выпаривание происходит лавинообразно и каверны к моменту затвердевания не успевают сгладится и затвердевшее покрытие имеет существенно большую шероховатость по сравнению со случаем медленного повышения температуры.If the temperature rise occurs relatively quickly, then evaporation occurs like an avalanche and the cavities do not have time to smooth out by the time of solidification, and the hardened coating has a significantly higher roughness compared to the case of a slow temperature increase.

После запекания в интервале температур от температуры запекания до температуры созревания покрытие Solcoat не является высокоизлучающим, - оно представляет собой так называемый сетчатый полимер.After baking in the temperature range from the baking temperature to the ripening temperature, the Solcoat coating is not highly radiant, but is a so-called cross-linked polymer.

Сетчатые полимеры (другое название - сшитые полимеры, трёхмерные полимеры) - это полимеры, звенья которых образуют единую химически связанную пространственную структуру. Они содержат химические, физические и топологические узлы сшивки (ветвления). Network polymers (another name is cross-linked polymers, three-dimensional polymers) are polymers, the links of which form a single chemically bound spatial structure. They contain chemical, physical and topological cross-links (branching).

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Изобретение может быть осуществлено в печах, имеющих футеровку стен и не имеющих внутри металлических конструкций (труб, змеевиков). Например, это печи водородного реформинга и большинство металлургических печей. Изобретение может быть осуществлено также и в печах, имеющих футеровку стен и содержащих внутри металлические конструкции (например, радиантно-конвекционные печи).The invention can be implemented in furnaces with wall lining and no metal structures (pipes, coils) inside. For example, these are hydrogen reforming furnaces and most metallurgical furnaces. The invention can also be carried out in furnaces with wall lining and containing metal structures inside (for example, radiant convection furnaces).

Источником тепловых процессов в печи является сжигание топлива. В печах, в которых может быть осуществлено изобретение, их энергетическая эффективность определяется тем, сколь велики потери тепла от сжигания топлива (то есть, какое количество тепла не используется в технологическом процессе, а теряется (например, в стенах печи).The source of thermal processes in the furnace is fuel combustion. In furnaces in which the invention can be implemented, their energy efficiency is determined by how large the heat loss from fuel combustion is (that is, how much heat is not used in the process, but is lost (for example, in the walls of the furnace).

Передача тепла может осуществляться радиационно (путём поглощения радиационного тепла) и конвективно. Оба вида теплопередачи имеют место в так называемых трубчатых печах.Heat transfer can be carried out radiatively (by absorbing radiative heat) and convectively. Both types of heat transfer take place in so-called tube furnaces.

Трубчатые печи - это аппараты для высокотемпературного (свыше 230°С) нагрева, испарения и перегрева технологических сред (жидких и газообразных), а также для осуществления деструктивных превращений сырья за счет теплоты, выделяющейся при сжигании различных видов топлива в камере печи. Они широко применяются нефтегазоперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности. Конструктивно трубчатые печи могут быть радиационные, конвенционные и радиационно-конвенционные.Tube furnaces are devices for high-temperature (over 230 ° C) heating, evaporation and overheating of technological media (liquid and gaseous), as well as for the implementation of destructive transformations of raw materials due to the heat released during the combustion of various types of fuel in the furnace chamber. They are widely used in the oil and gas processing, petrochemical and chemical industries. Structurally, tube furnaces can be radiation, conventional and radiation-conventional.

В радиационно-конвекционных трубчатых печах 40-60% всего тепла передается радиацией, а остальная - конвекцией. Данный тип трубчатых печей получил наибольшее применение в промышленности за счет разнообразия конструкций и хороших технико-экономических и эксплуатационных параметров.In radiation-convection tube furnaces, 40-60% of all heat is transferred by radiation, and the rest by convection. This type of tube furnaces has been most widely used in industry due to the variety of designs and good technical, economic and operational parameters.

Реализация изобретения одинакова для любой печи, имеющей футеровку. В том числе для любой трубчатой печи. Однако, реализация изобретения в радиационно-конвекционных трубчатых печах является наиболее общим случаем.The implementation of the invention is the same for any furnace with a lining. Including for any tube furnace. However, the implementation of the invention in radiation-convection tube furnaces is the most common case.

Нагреваемое углеводородное сырье в радиационно-конвекционной трубчатой печи поступает от камеры конвекции к радиационной камере противотоком продуктам сгорания топлива с целью наиболее полного использования тепла.The heated hydrocarbon raw material in the radiation-convection tube furnace is supplied from the convection chamber to the radiation chamber by the counterflow of the fuel combustion products in order to make the most complete use of heat.

Так как футеровка газопроницаема, то покрытие Solcoat максимизирует количества тепловой энергии, передаваемой углеродному сырью за счёт следующих факторов:Since the lining is gas permeable, the Solcoat coating maximizes the amount of thermal energy transferred to the carbon feedstock through the following factors:

- за счёт газонепроницаемости покрытия,- due to the gas impermeability of the coating,

- за счёт переизлучения в спектре поглощения дымовых газов (отличается от спектра излучения горелок)- due to re-emission in the flue gas absorption spectrum (different from the emission spectrum of burners)

- за счёт более высокого коэффициента переизлучения по сравнению с коэффициентом переизлучения футеровки (в диапазоне температур в печи)- due to a higher re-emission coefficient compared to the re-emission coefficient of the lining (in the temperature range in the furnace)

- за счёт увеличения развёрнутой излучающей поверхности покрытия (обеспечивается заявляемым изобретением).- by increasing the deployed radiating surface of the coating (provided by the claimed invention).

Для осуществления заявляемого способа на первом этапе подготавливают поверхность футеровки печи для нанесения на неё покрытие. Для этого футеровку высушивают от накопившейся влаги, очищают от загрязнений и обеспыливают.To implement the proposed method, at the first stage, the surface of the furnace lining is prepared for coating. To do this, the lining is dried from accumulated moisture, cleaned of contaminants and dedusted.

Далее для получения покрытия компоненты Solcoat в пропорциях, рекомендованных производителем перемешиваются с водой.Further, to obtain a coating, the Solcoat components are mixed with water in the proportions recommended by the manufacturer.

В частности, компоненты Solcoat и воду смешивают в пропорциях:In particular, the Solcoat components and water are mixed in proportions:

Два контейнера SOLCOAT части A : Один контейнер SOLCOAT части B : Один контейнер SOLCOAT части C.Two SOLCOAT Part A : One SOLCOAT Part B : One SOLCOAT Part C.

Перемешивание осуществляется на месте нанесения покрытия, например, с помощью шнековой мешалки в течение 45 минут. Использовать полученную таким перемешиванием краску можно в течение 12-24 часов. Краску наносят сразу на подготовленную поверхность в несколько, предпочтительно, в 2-4 слоев. Конечная толщина должна быть 0,12-0,25 мм. Время между нанесением слоёв может составлять от 30 минут до 4 часов.Mixing is carried out at the place of application of the coating, for example, using a screw mixer for 45 minutes. The paint obtained by such mixing can be used within 12-24 hours. The paint is applied immediately to the prepared surface in several, preferably 2-4 layers. The final thickness should be 0.12-0.25 mm. The time between applying the layers can be from 30 minutes to 4 hours.

Вместе с тем от доли содержащейся в краске воды и скорости нагрева вблизи точки температуры кипения воды зависит шероховатость покрытия. Чем больше воды при изготовлении краски, тем больше должна быть скорость изменения температуры при запуске печи вблизи зоны парообразования для обеспечения лавинообразного выпаривания воды.At the same time, the roughness of the coating depends on the proportion of water contained in the paint and the rate of heating near the boiling point of water. The more water in the manufacture of paint, the greater must be the rate of temperature change when starting the furnace near the vaporization zone to ensure the avalanche evaporation of water.

Полученную краску наносят на предварительно очищенную, сухую и обеспыленную поверхность футеровки печи, после чего, для увеличения развёрнутой поверхности переизлучения, осуществляют нагрев краски до достижения лавинообразного выпаривания воды из краски (120°).The resulting paint is applied to a pre-cleaned, dry and dust-free surface of the furnace lining, after which, to increase the expanded reradiation surface, the paint is heated until an avalanche-like evaporation of water from the paint (120°) is achieved.

Лавинообразное выпаривание имеет место обычно при скорости изменения температуры при запуске печи 0,5°С в минуту и выше. Однако в интересах получения наибольшей возможной шероховатости покрытия скорость изменения температуры при запуске печи в температурном диапазоне выпаривания свободной воды из краски должна быть максимально возможной из технологически допустимых скоростей для данной печи. Следовательно, скорость нагрева при запуске печи в этом случае в температурном диапазоне парообразования должна быть не менее 30°С в час.Avalanche evaporation usually occurs at a temperature change rate of 0.5° C. per minute or more when starting the furnace. However, in order to obtain the highest possible roughness of the coating, the rate of temperature change when starting the furnace in the temperature range of evaporation of free water from the paint should be the maximum possible from the technologically admissible rates for this furnace. Therefore, the heating rate when starting the furnace in this case in the temperature range of vaporization should be at least 30°C per hour.

Если в соответствии с технологическими регламентами запуска печи имеется возможность варьировать скорость изменения температуры при запуске, то эта скорость должна быть такой, чтобы обеспечивалось лавинообразное выпаривание воды при запекании покрытия (не менее 30°С в час).If, in accordance with the technological regulations for starting the furnace, it is possible to vary the rate of temperature change at start-up, then this rate should be such that an avalanche-like evaporation of water during baking of the coating is ensured (at least 30 ° C per hour).

В печах, которые имеют внутри печи металлические конструкции (трубы, теплообменники), в том числе в радиационно-конвекционных трубчатых печах, если выпаривание воды происходит до точки росы, то это приведёт к конденсации влаги на поверхности труб. Это приводит не только к появлению окалины, но и, как следствие, к уменьшению теплопроводности труб.In furnaces that have metal structures inside the furnace (pipes, heat exchangers), including radiation-convection tube furnaces, if water evaporates to the dew point, this will lead to moisture condensation on the surface of the pipes. This leads not only to the appearance of scale, but also, as a consequence, to a decrease in the thermal conductivity of the pipes.

Поэтому выпаривание должно происходить при температурах выше точки росы.Therefore, evaporation must take place at temperatures above the dew point.

Задача согласования скорости и степени шероховатости запечённого покрытия является многофакторной, не имеющей аналитической расчётной модели.The task of matching the speed and degree of roughness of the baked coating is a multifactorial one that does not have an analytical calculation model.

Однако, возможно построение такой модели на основе сбора множества технологических параметров (параметров печи, параметров футеровки, параметров покрытия, режимов работы горелок, технологических режимов и параметров запуска и сушки печи и так далее) и построения на их основе эмпирических данных многопараметрических функций или номограмм, позволяющих определять для реализации заявляемого способа:However, it is possible to build such a model based on collecting a set of technological parameters (furnace parameters, lining parameters, coating parameters, burner operating modes, technological modes and furnace start-up and drying parameters, etc.) and constructing on their basis empirical data of multi-parameter functions or nomograms, allowing to determine for the implementation of the proposed method:

- наилучшие ph краски и параметров технологического режима запуска печи- the best ph of the paint and the parameters of the technological mode of starting the furnace

- наилучшее ph краски при заданном технологическом режиме запуска печи.- the best ph of the paint for a given technological mode of starting the furnace.

Такая модель должна учитывать, что реологические или механические свойства влажной массы оказывают значительное влияние на однородность покрытия. Когда вода, добавляется в порошковую смесь, когезионная способность порошковой массы увеличивается, и это вызывает более высокое сопротивление смешиванию. Следовательно, измерение крутящего момента влажной массы согласуется с различными стадиями насыщения жидкостью [R.C. Rowe, G.R. Sadeghnejad, The rheology of microcrystalline cellulose powder/water mixes - measurement using a mixer torque rheometer, International Journal of Pharmaceutics, 38 (1987) 227-229]. Выделяют четыре фазы взаимодействия жидкость-твердое тело, а именно маятниковую, фуникулярную, капиллярную и капельную фазы. При добавлении воды крутящий момент влажной массы увеличивается, поскольку насыщение жидкостью проходит через маятниковую фазу и фуникулярную массу фазу фуникулера. Максимальный крутящий момент приблизительно соответствует капиллярной фазе [B. Hancock, P. York, R. Rowe, An assessment of substrate-binder interactions in model wet masses. 1: Mixer torque rheometry, International Journal of Pharmaceutics, 102 (1994) 167-176].Such a model should take into account that the rheological or mechanical properties of the wet mass have a significant effect on the uniformity of the coating. When water is added to a powder mixture, the cohesiveness of the powder mass increases and this causes higher mixing resistance. Therefore, wet mass torque measurement is consistent with different stages of fluid saturation [R.C. Rowe, G.R. Sadeghnejad, The rheology of microcrystalline cellulose powder/water mixes - measurement using a mixer torque rheometer, International Journal of Pharmaceutics, 38 (1987) 227-229]. There are four phases of liquid-solid interaction, namely pendulum, funicular, capillary and drip phases. When water is added, the torque of the wet mass increases as the saturation with liquid passes through the pendulum phase and the funicular mass phase of the funicular. The maximum torque approximately corresponds to the capillary phase [B. Hancock, P. York, R. Rowe, An assessment of substrate-binder interactions in model wet masses. 1: Mixer torque rheometry, International Journal of Pharmaceutics, 102 (1994) 167-176].

В известном способе изготовления высокоизлучающего золь-гель керамического покрытия на водной основе с использованием компонент Solcoat /http://www.ctkeuro.ru/index.php?p=Coating/, который наиболее близок к заявляемому, при скорости изменения температуры при запуске печи 0,3°С в минуту шероховатость составила, в среднем, 71 мкм, тогда, как при нагреве такого же по составу покрытия со скоростью изменения температуры при запуске печи 0,5°С шероховатость составила, в среднем, 92мкм. Указанные скорости изменения температуры при запуске печи 0,3°С и 0,5°С имели место при нагреве до 120°С. Измерения проводились Elcometer E224C-BS (цифровой профилемер поверхности c выносным датчиком).In a known method for manufacturing a highly radiant water-based sol-gel ceramic coating using the Solcoat /http://www.ctkeuro.ru/index.php?p=Coating/ component, which is closest to the claimed one, at a rate of temperature change when starting the furnace At 0.3°C per minute, the roughness was, on average, 71 µm, whereas when the coating of the same composition was heated at a temperature change rate of 0.5°C when the furnace was started, the roughness was, on average, 92 µm. The specified rates of temperature change at the start of the furnace 0.3°C and 0.5°C occurred when heated to 120°C. The measurements were carried out by Elcometer E224C-BS (digital surface profiler with remote sensor).

Claims (1)

Способ изготовления высокоизлучающего керамического покрытия Solcoat на водной основе запеканием жидкой краски, нанесённой на футеровку печи, заключающийся в том, что получают жидкую краску путем смешивания наполнителя Solcoat, связующего Solcoat и воды, формируют керамическое покрытие на поверхности футеровки путем нанесения полученной краски на поверхность футеровки печи, после чего, при первом пуске печи, осуществляют лавинообразное выпаривание воды за счет нагрева нанесенной краски до температуры 120°С со скоростью не менее 0,5°С в минуту с последующим запеканием покрытия до температуры не ниже температуры созревания покрытия 560°С.A method for manufacturing a water-based high-radiation Solcoat ceramic coating by baking a liquid paint applied to a furnace lining, which consists in obtaining liquid paint by mixing Solcoat filler, Solcoat binder and water, forming a ceramic coating on the surface of the lining by applying the obtained paint to the surface of the furnace lining , after which, at the first start-up of the furnace, an avalanche-like evaporation of water is carried out by heating the applied paint to a temperature of 120°C at a rate of at least 0.5°C per minute, followed by baking the coating to a temperature not lower than the coating maturation temperature of 560°C.
RU2022109397A 2022-04-08 Method for manufacturing highly-emissive sol-gel ceramic coating RU2794232C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794232C1 true RU2794232C1 (en) 2023-04-13

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6613427B1 (en) * 2001-10-04 2003-09-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for applying high emissivity coating
CN103954131B (en) * 2014-04-17 2015-06-03 四川科达节能技术有限公司 Inner liner material for industrial kiln furnace
RU2605880C2 (en) * 2012-02-29 2016-12-27 ЭсСиДжи КЕМИКАЛЗ КО., ЛТД. High-emissive coating compositions and methods for production thereof
WO2020025601A1 (en) * 2018-08-01 2020-02-06 Scg Chemicals Co., Ltd. High emissivity coating composition and substrate coated therewith

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6613427B1 (en) * 2001-10-04 2003-09-02 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Method for applying high emissivity coating
RU2605880C2 (en) * 2012-02-29 2016-12-27 ЭсСиДжи КЕМИКАЛЗ КО., ЛТД. High-emissive coating compositions and methods for production thereof
CN103954131B (en) * 2014-04-17 2015-06-03 四川科达节能技术有限公司 Inner liner material for industrial kiln furnace
WO2020025601A1 (en) * 2018-08-01 2020-02-06 Scg Chemicals Co., Ltd. High emissivity coating composition and substrate coated therewith

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SOLCOAT, SOLCOAT INDUSTRIES, Technical data, 09.02.2022, [онлайн] [найдено 26.07.2022 в https://web-arhive.ru/page?url=http%3A%2F%2Fsolcoat.com%2Ftechnical-data%2F&date=2022020;. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100381516C (en) High temperature far infrared insulated energy-saving paint and method for preparing same
ES2224003T3 (en) CERAMIC COATING FOR COMBUSTION BOILERS.
CA2420057A1 (en) High temperature amorphous composition based on aluminum phosphate
KR100214062B1 (en) Surface-treating agent for high-temperature refractory material and method for treatment therewith
GB2286977A (en) Inorganic coating composition
TW202111017A (en) High emissivity cerium oxide coating
RU2794232C1 (en) Method for manufacturing highly-emissive sol-gel ceramic coating
US4469721A (en) High emissivity refractory coating, process for manufacturing the same, and coating composition therefor
KR20210072753A (en) High emissivity coating composition and substrate coated therewith
JP2005529052A (en) Heat resistant products
CN107586472A (en) HTEE series special infrared radiation coating for high temperature kiln
US20070105060A1 (en) Industrial radiant heater
RU2776525C1 (en) Application of solcoat ceramic coating to increase heat flow passing through structural elements subject to surface ununiform heating by external source
WO2023075647A1 (en) Using a solcoat ceramic coating to increase heat flux
JP2000509116A (en) Ceramic fiber coated with activated carbon
CN1062251C (en) Process and apparatus for making ceramic articles
CN114605884A (en) Preparation and sealing method of anti-corrosion sealing coating for garbage or biofuel boiler
WO2017074185A1 (en) Enamel powder and enamel slurry for producing an enamel coating on a metallic substrate, method for manufacturing an enamel slurry and use of the enamel coating for heat exchangers
RU2636832C2 (en) Method of increasing efficiency of thermal unit in field kitchen
JPS6135151B2 (en)
RU2788294C1 (en) Method for protection of graphitized electrodes from high-temperature oxidation
RU2212387C2 (en) Refractory mass
SU1315443A1 (en) Gun mixture for producing heat insulation
LOREK LPG APPLICATIONS IN HEAVY CLAY CERAMICS. UTILIZATION OF JET BURNERS FOR PRE-HEATING OF TUNNEL KILNS
EP0117935B1 (en) A high emissivity refractory coating, process for manufacturing same, and coating composition therefor