耐火涂料是由耐火粉料、结合剂和外加剂等材料组成,用人工涂刷或喷涂的材料,称做耐火涂料。该料是功能性材料,涂层厚度一般小于1.0mm,这也是与耐火涂抹料的重要区别。
耐火涂料种类较多,可分为Al2O3—Si02基、SiC—A1203基、Cr203-Al2O3基、ZrO2—A1203—Si02基和Zr02基等。在窑炉及热工设备的衬砖、耐火浇注料或耐火可塑料衬体、耐火纤维毡衬和铸锭模等高温工作的表面上,涂刷很薄的一层耐火涂料,便可节约能源、延长使用寿命和防止碳的氧化等。因此,该材料发展较快,新品种不断出现,在应用中起到了重要作用。耐火涂料按照性能和用途又可分为热辐射涂料和防氧化涂料等。
一、热辐射涂料
热辐射涂料是由较高黑度的材料与结合剂和外加剂配成的。其特点是涂层结合强度高、已陶瓷化、耐高温、耐磨损和具有较高的辐射率等,涂刷在高温衬体的表面上,能达到节约能源和提高寿命的目的。因此,该类料也叫做节能涂料或陶瓷涂料。
在热工窑炉中,传热有3种基本方式:传导传热、对流传热和辐射传热。在工业炉低温阶段,以对流传热为主,高于800℃时则以辐射传热为主。以轧钢连续加热炉为例,预热段为对流传热,加热段和均热段则主要是辐射传热。因此,提高炉壁的热辐射率,就能降低燃料消耗,提高炉子热效率。
下图为各种耐火材料的热辐射率。
热辐射涂料用的结合剂,主要有磷酸盐、硼酸盐、硅酸钠、硅溶胶、铝溶胶、阿拉伯胶、糊精、羧甲基纤维素和树脂等材料。
热辐射涂料一般以浆状或膏状桶装出厂,也可以粉状袋装出厂。施工前,视情况掺加适量的水,搅拌成泥浆状待用。炉衬或被涂物的表面,吹扫干净,并保持干燥。该类涂料可人工涂刷,也可用灰浆泵喷涂。耐火涂料的涂层厚度,一般为0.2—0.5mm。在耐火纤维炉衬的表面上,可多次涂刷或喷涂耐火涂料,其涂层厚度应小于2mm。耐火涂料涂层自然风干后,即可使用。
热辐射涂料主要用于轧钢和锻钢加热炉、各种热处理炉、电加热炉、锅炉燃烧室和化肥厂沸腾炉等热工设备上,取得了良好的节能效果。
二、防氧化涂料
含碳不烧砖发展很快,在冶金熔炼炉及其有关的设备上,得到了广泛的应用。该种砖在使用前,一般需经中温烘烤,致使耐火砖的表面发生碳氧化,呈现疏松状态,降低了耐火砖的使用寿命。在这种情况下,防氧化涂料应运而生,并在含碳不烧砖的使用中,发挥了重要作用。
防氧化涂料是由低温釉料组成的。其技术要求是,与含碳不烧砖的表面有较好的结合能力,在700—1200℃温度范围内能形成均匀的釉层,对钢水或铁水的质量无有害影响。另外,有些热工设备用的含碳不烧砖,只要求烘烤时涂防氧化涂料。该类涂料的技术要求是,与底砖表面有较好的黏结强度,加热过程中不脱落即可。配制时,采用硅酸铝质材料作基质,用树脂或水玻璃溶液作结合剂,调制成泥浆状,涂层厚度约为1.Omm,即能满足要求。
防氧化涂料的配制,系根据釉的配料原则进行的。主要有助熔剂,稳定剂和酸性氧化物,其关键是控制钾、钠的含量,能形成釉而不滴落。若含量过大,熔融和冷却的过程中,将会发生较大的膨胀和收缩,致使涂层出现裂纹;涂料的细度为0.04mm的占70%一90%。过细时,颗粒表面张力大,易发生脱层,同时易被砖面或砖缝吸收而变成千釉状。涂料的最佳浆状密度为1.6—1.8g/cm3。
在含碳不烧砖的表面上,涂敷防氧化涂料,其防氧化机理是,在加热过程中,在900℃以下的时候,涂层逐渐形成了凝胶保护层,隔绝了空气,防止了碳的氧化;高于900℃的时候,该凝胶保护层不断的熔化,变成了一层连续均匀的玻璃相即釉面而阻止了空气的侵入,起到了防氧化的作用。同时,在900—1500℃的温度范围内,釉面有较高的黏性和附着性,不脱落,不产生釉滴,因此阻碍了碳的氧化过程,其氧化层深度的增加,也十分缓慢。
三、复合硅酸盐涂料
复合硅酸盐涂料是由天然铝镁硅酸盐材料、轻质填充料、结合剂和外加剂调制成膏状而成的。该材料又称为憎水型复合硅酸盐节能保温膏,简称保温膏。
复合硅酸盐材料主要是含铝镁硅酸盐矿物,呈纤维状,质轻、憎水,又叫做海泡石;其次是膨胀珍珠岩和石棉绒等填充料。结合剂和外加剂有水玻璃溶液、聚乙烯醇、硅溶胶、糊精和甲基纤维素等。当配制保护层时,采用酚醛树脂作结合剂,并掺加乌洛托晶硬化剂。根据配合比要求,称量复合硅酸盐材料,搅拌均匀,再加结合剂和外加剂,调制成泡沫黏稠状的膏体,装桶密封,即为成品。
应当指出,在耐火纤维炉衬的表面上,通常采用Al2O3—Si02基涂料,涂层厚度1—2mm,分2—3次涂敷完毕。该涂料的配合比(%):小于0.09mm的高铝粉70,0.2—1.Omm的氧化铝空心球或高铝质颗粒料30。外加硅溶胶20、双氢磷酸铝10、甲基纤维素溶液5。这种涂料涂在耐火纤维炉衬的表面上,自然风干后即与纤维牢固的黏结在一起,不经烘烤,便可升温生产。涂层耐高温,抗气流冲刷,因此能提高炉衬的使用寿命。
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