Высокотемпературное нанокомпозитное покрытие и способ его приготовления, а также покрытие для гибкой упаковки в виде небольшого мешка
Изобретение относится к области покрытий высокотемпературной печи, и конкретно относится к высокотемпературному нанокомпозитному покрытию и к способу его приготовления, а также к покрытию для гибкой упаковки в виде мешка. Высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, содержит воду и следующие компоненты в мас.%: стойкое к высокой температуре неорганическое волокно 10% ~ 50%; армирующий наполнитель 10% ~ 20%; расширяющийся при высокой температуре наполнитель 5% ~ 15%; наполнитель каркаса 7% ~ 30%; нанопорошок 3% ~ 10%; неорганический суспендирующий агент 0% ~ 20%; неорганическое связующее вещество 10% ~ 50%; органическая добавка 3% ~ 15%; причем вода составляет 10% ~ 50% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов. Также изобретение относится к способу приготовления высокотемпературного нанокомпозитного покрытия и к покрытию для гибкой упаковки в виде мешка. Технический результат заключается в создании высокотемпературного нанокомпозитного покрытия, обладающего сверхвысокой прочностью и компактностью при высокой температуре, с небольшой усадкой, отсутствием трещин, образующихся при высокой температуре, и может выдерживать сверхсильное разъедание воздушным потоком и эрозию под воздействием атмосферы крекинг-печи в нефтехимической промышленности. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл., 4 пр.
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет китайской патентной заявки № 202011246887.4, зарегистрированной в Государственном офисе по интеллектуальной собственности 10 ноября 2020 г. и озаглавленной как «ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЕ НАНОКОМПОЗИТНОЕ ПОКРЫТИЕ И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ, А ТАКЖЕ ПОКРЫТИЕ ДЛЯ ГИБКОЙ УПАКОВКИ В ВИДЕ НЕБОЛЬШОГО МЕШКА», которая включена в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее изобретение относится к области покрытий высокотемпературной печи, и конкретно относится к высокотемпературному нанокомпозитному покрытию и к способу его приготовления, а также к покрытию для гибкой упаковки в виде небольшого мешка.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Печь крекинга этилена в нефтехимической промышленности, особенно в пределах трех метров от ее дна, используется при высоких температурах, и имеет нижние, боковые и верхние горелки. Поскольку на футеровку печи воздействуют воздушные потоки и атмосфера, требования к ее прочности являются чрезвычайно высокими. Поэтому в этой части использовалась конструкция кирпичной стены. Структура кирпичной стены может противостоять размыванию воздушным потоком и атмосферной эрозии. Однако из-за ее высокой теплопроводности и слабой стойкости к перепадам температур внешняя стенка печи имеет высокую температуру и очень легко разрушается.
[0004] Поскольку национальные требования к защите окружающей среды становятся все более высокими, для улучшения эффективности использования энергии и продления срока службы печи многие изготовители высокотемпературных печей постепенно перешли на полностью волокнистую печную футеровку вместо кирпичных стен и структур из литого огнеупора, чтобы противостоять коррозии волокнистой печной футеровки в различных суровых условиях в печи. Однако поскольку волокнистый модуль с хорошими изоляционными характеристиками и стойкостью к перепадам температур легко разрушается под воздействием атмосферы окружающей среды, он не может сопротивляться размыванию воздушным потоком, и таким образом не может применяться в высокотемпературной печи при высокой скорости ветра. В результате для защиты необходимо напылять на поверхность волокнистой футеровки печи слой высокотемпературного теплозащитного покрытия, обладающего высокой прочностью и хорошей проницаемостью, и прочно сцепляющегося с футеровкой печи. Для того, чтобы обеспечить более прочное соединение высокотемпературного теплозащитного покрытия и волокнистой футеровки печи без отпадания, необходимо укоренить и закрепить высокотемпературное теплозащитное покрытие на волокнистой футеровке печи путем сушки и высокотемпературного обжига для прочного закрепления покрытия на поверхности волокнистой футеровки печи. В дополнение к этому, необходимо устранять трещины и зазоры некоторых поврежденных футеровок печи. Поскольку эти стройплощадки являются относительно малыми и имеют определенную глубину, обычно используемый способ строительства покрытия не может полностью заливать покрытие на определенную глубину и не позволяет достичь строительного эффекта. Поэтому для строительства можно использовать только клеевой пистолет. Стойкие к высокой температуре покрытия, используемые в огнестойкой и теплоизоляционной промышленности, обычно упаковываются в пластиковые или железные барабаны, которые трудно открыть и которые легко приводят к отходам, что делает их очень неудобными для клиентов. В дополнение к этому, когда для строительства используется клеевой пистолет, требуется его ручное заполнение на месте, что отнимает много времени и труда, а также создает проблемы с поддержанием санитарных условий на рабочем месте, что доставляет определенные неудобства. Однако эти проблемы могут быть решены, если использовать гибкую упаковку в виде небольших пакетов или мешков.
[0005] Высокотемпературные механические свойства существующих стойких к высокой температуре покрытий все еще являются недостаточными при использовании в печах крекинга этилена, так что они не могут выдерживать разрушающие силы в крекинговой печи, и не могут соответствовать цели защиты полностью волокнистой футеровки печи от эрозии под воздействием агрессивной среды в печи. Кроме того, поскольку такие материалы представляют собой стойкий к высокой температуре материал, в котором используются обычно стойкие к высокой температуре неорганические наполнители из порошков или волокон, эти покрытия не вызывают деликатного ощущения. Поэтому через некоторое время покрытие в гибкой упаковке в виде небольшого мешка будет выпадать в осадок и отделять слой жидкости. При использовании для строительства клеевого пистолета жидкость выходит быстро, и остаются сухие длинные волокна и гранулированный порошок, которые сложно выдавить клеевым пистолетом. Фиг. 1 показывает схематическую диаграмму состояния густой суспензии существующего стойкого к высокой температуре покрытия, которое было оставлено на некоторое время.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] С учетом этого задачей настоящего изобретения является предложить высокотемпературное нанокомпозитное покрытие и способ его приготовления, а также покрытие для гибкой упаковки в виде небольшого мешка. Высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, предлагаемое настоящим изобретением, имеет высокую прочность и хорошую проницаемость, что обеспечивает ему более прочную связь с футеровкой печи. Это покрытие является однородным и устойчивым, деликатным и гладким, и не осаждается в течение длительного времени. Благодаря управлению градацией длины волокна и размера частиц порошка улучшаются высокотемпературные механические свойства, снижается высокотемпературная усадка и улучшается прочность сцепления с футеровкой печи.
[0007] Настоящее изобретение предлагает высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, содержащее следующие компоненты в мас.%:
стойкое к высокой температуре неорганическое волокно 10% ~ 50%;
армирующий наполнитель 10% ~ 20%;
расширяющийся при высокой температуре наполнитель 5% ~ 15%;
наполнитель каркаса 7% ~ 30%;
нанопорошок 3% ~ 10%;
неорганический суспендирующий агент 0% ~ 20%;
неорганическое связующее вещество 10% ~ 50%;
органическая добавка 3% ~ 15%; и
вода, составляющая 10% ~ 50% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов;
в котором длина стойкого к высокой температуре неорганического волокна составляет 0,01~1 мм.
[0008] Предпочтительно нанопорошок выбирается из одного или более порошков нанокремнезема и наноглинозема.
[0009] Предпочтительно стойкое к высокой температуре неорганическое волокно выбирается из одного или более волокон с высоким содержанием глинозема, содержащих цирконий волокон и волокон из кристаллов глинозема.
[0010] Предпочтительно армирующий наполнитель выбирается из одного или более порошков игольчатого микрокремнезема и пирофиллита.
[0011] Предпочтительно, расширяющийся при высокой температуре наполнитель выбирается из одного или более порошков кианита и силлиманита.
[0012] Предпочтительно наполнитель каркаса выбирается из одного или более порошков глинозема, муллита, циркона и корунда.
[0013] Предпочтительно неорганический суспендирующий агент представляет собой бентонит.
[0014] Неорганическое связующее вещество выбирается из одного или более из золя алюминия, дигидрофосфата алюминия и золя кремнезема.
[0015] Предпочтительно органическая добавка выбирается из одного или более из органического связующего вещества, антисептика и антифриза.
[0016] Настоящее изобретение также предлагает способ приготовления высокотемпературного нанокомпозитного покрытия, описанного в приведенных выше технических решениях, содержащий:
S1. смешивание стойкого к высоким температурам неорганического волокна, неорганического связующего вещества и воды для получения дисперсии волокна;
S2. смешивание дисперсии волокна с расширяющимся при высокой температуре наполнителем, армирующим наполнителем и наполнителем каркаса для получения густой суспензии; и
S3. смешивание густой суспензии с нанопорошком, неорганическим суспендирующим агентом и органической добавкой для получения покрытия.
[0017] Настоящее изобретение также предлагает покрытие для гибкой упаковки в виде небольшого мешка, представляющее собой высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, описанное в приведенных выше технических решениях, или высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, приготовленное способом, описанным в приведенных выше технических решениях.
[0018] Настоящее раскрытие предлагает высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, в котором волокно предварительно обрабатывается для управления длиной волокна, и в которое вводятся высокотемпературный армирующий наполнитель, расширяющийся при высокой температуре наполнитель, нанопорошок, неорганический суспендирующий агент и другие добавки. Благодаря этим усовершенствованиям получаемое покрытие с высокотемпературной нанокомпозитной структурой имеет следующие характеристики. (1) Оно обладает сверхвысокой прочностью и компактностью при высокой температуре, небольшой усадкой, отсутствием трещин, образующихся при высокой температуре, и может выдерживать сверхсильное разъедание воздушным потоком и эрозию под воздействием атмосферы крекинг-печи в нефтехимической промышленности; (2) Введение нанопорошка придает покрытию более богатую градацию размера частиц и более высокую проницаемость при распылении на поверхность волокнистой футеровки, достигая тем самым цели более прочного сцепления с волокнистой футеровкой; (3) Благодаря контролю градации длины волокна и размера частиц порошка, а также введению неорганического суспендирующего агента и других добавок покрытие становится однородным и стабильным, деликатным и гладким и может достигать состояния текучести густой суспензии, аналогичного зубной пасте при экструзии, избегая осаждения и расслоения во время процесса укладки. Может быть реализована небольшая упаковка, и может быть сформирована форма перевернутого молотка при закреплении и укоренении в нижней части волокнистого модуля; (4) Покрытие обладает хорошей проницаемостью, хорошим сцеплением с футеровкой печи после распыления и особыми характеристиками закрепления и укоренения, что делает связывание покрытия и футеровки печи двойственно прочным, тем самым эффективно противодействуя размыванию воздушным потоком и продлевая срок службы футеровки печи.
[0019] Экспериментальные результаты показывают, что высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, предлагаемое настоящим изобретением, не осаждается после нанесения в течение 6-12 месяцев, сохраняет форму однородной пасты и имеет предел прочности при сжатии после обжига ≥3 МПа, предел прочности при растяжении после обжига≥2MPa, а также линейную усадку при нагреве (1300°C ×24 час)≤2%.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0020] Фиг. 1 показывает испытание на стабильность существующего стойкого к высокой температуре покрытия;
[0021] Фиг. 2 показывает испытание на стабильность покрытий, полученных в Примерах 1-2 настоящего изобретения;
[0022] Фиг. 3 показывает структуру склеивания покрытия Примера 1 настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0023] Настоящее изобретение предлагает высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, содержащее следующие компоненты в мас.%:
стойкое к высокой температуре неорганическое волокно 10% ~ 50%;
армирующий наполнитель 10% ~ 20%;
расширяющийся при высокой температуре наполнитель 5% ~ 15%;
наполнитель каркаса 7% ~ 30%;
нанопорошок 3% ~ 10%;
неорганический суспендирующий агент 0% ~ 20%;
неорганическое связующее вещество 10% ~ 50%;
органическая добавка 3% ~ 15%; и
вода, составляющая 10% ~ 50% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов;
в котором длина стойкого к высокой температуре неорганического волокна составляет 0,01~1 мм.
[0024] В настоящем изобретении выполняется предварительная обработка волокна для регулирования длины волокна до определенной длины, а также вводится высокотемпературный армирующий наполнитель и расширяющийся при высокой температуре наполнитель, так, чтобы получить сверхвысокую прочность при высокой температуре без трещин, вызванных усадкой при высоких температурах, достигая цели выдерживать сверхсильное размывание в крекинговой печи и соответствуя цели защиты цельноволокнистой футеровки печи от эрозии в суровых условиях в печи. Введение нанопорошка позволяет покрытию иметь более богатую градацию размера частиц и более сильную проницаемость при распылении на поверхность футеровки из волокна, достигая тем самым цели более прочного сцепления с футеровкой из волокна. Благодаря управлению градацией длины волокна и размера частиц порошка, а также введению неорганического суспендирующего агента и других добавок покрытие становится однородным и стабильным и достигает состояния густой суспензии аналогично зубной пасте, что позволяет избежать осаждения и расслоения в процессе нанесения. Небольшая упаковка может быть реализована для облегчения строительства и эксплуатации. Кроме того, покрытие имеет хорошее сцепление с футеровкой печи и не отваливается от футеровки печи, тем самым продлевая срок ее службы.
[0025] В настоящем раскрытии исходным материалом для устойчивого к высоким температурам неорганического волокна предпочтительно является одно или более из волокон с высоким содержанием глинозема, содержащих цирконий волокон и волокон из кристаллов глинозема. Среди них волокно из кристаллов глинозема предпочтительно представляет собой одно или более из волокна из кристаллов глинозема 72, волокна из кристаллов глинозема 80 и волокна из кристаллов глинозема 95.
[0026] В настоящем изобретении устойчивым к высоким температурам неорганическим волокном является вторично обработанное волокно. Настоящее изобретение управляет длиной волокна посредством обработки. В настоящем изобретении длина получаемого термостойкого неорганического волокна составляет 0,01~1 мм; а диаметр термостойкого неорганического волокна предпочтительно составляет 1~6 мкм.
[0027] В настоящем изобретении массовая доля термостойкого неорганического волокна в покрытии составляет 10%~50%, предпочтительно 15%~30%; и в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения 15%, 20%, 25% или 30%.
[0028] В настоящем раскрытии армирующий наполнитель представляет собой стойкий к высокой температуре армирующий наполнитель, предпочтительно один или более из порошка игольчатого микрокремнезема и порошка пирофиллита. Среди них соотношение сторон частиц порошка игольчатого микрокремнезема предпочтительно составляет (15~20):1. Размер частиц порошка пирофиллита предпочтительно составляет 200~300 меш. В настоящем раскрытии нет никакого специального ограничения на источник высокотемпературного армирующего наполнителя, и он может быть обычным коммерческим продуктом.
[0029] В настоящем изобретении массовая доля армирующего наполнителя в покрытии составляет 10%~20%; и в некоторых вариантах осуществления 10%, 13%, 15% или 20%.
[0030] В настоящем изобретении расширяющийся при высокой температуре наполнитель предпочтительно представляет собой один или более из порошков кианита и силлиманита. В настоящем раскрытии нет никакого специального ограничения на источник расширяющегося при высокой температуре наполнителя, и он может быть обычным коммерческим продуктом. В настоящем изобретении массовая доля расширяющегося при высокой температуре наполнителя в покрытии составляет 5% ~ 15%; и в некоторых вариантах осуществления 5%, 8% или 12%.
[0031] В настоящем изобретении наполнитель каркаса представляет собой стойкий к высокой температуре наполнитель каркаса, предпочтительно один или более из порошка глинозема, порошка муллита, порошка циркона и порошка корунда. В настоящем изобретении размер частиц наполнителя каркаса предпочтительно составляет 300-1000 меш. В настоящем раскрытии нет никакого специального ограничения на источник наполнителя каркаса, и он может быть обычным коммерческим продуктом.
[0032] В настоящем изобретении массовая доля наполнителя каркаса в покрытии составляет 7%~30%; и в некоторых вариантах осуществления 7%, 10% или 15%.
[0033] В настоящем изобретении нанопорошок предпочтительно представляет собой один или более из порошков нанокремнезема и наноглинозема. В настоящем изобретении размер частиц нанопорошка предпочтительно составляет 1~100 нм. В настоящем раскрытии нет никакого специального ограничения на источник нанопорошка, и он может быть обычным коммерческим продуктом.
[0034] В настоящем изобретении массовая доля нанопорошка в покрытии составляет 3%~10%; и в некоторых вариантах осуществления 3%, 5% или 8%.
[0035] В настоящем изобретении неорганический суспендирующий агент предпочтительно представляет собой бентонит. В настоящем изобретении массовая доля неорганического суспендирующего агента в покрытии составляет 0% ~ 20%; и в некоторых вариантах осуществления 0% или 5%.
[0036] В настоящем изобретении неорганическое связующее вещество выбирается из одного или более из золя алюминия, дигидрофосфата алюминия и золя кремнезема. В настоящем изобретении массовая доля неорганического связующего вещества в покрытии составляет 10%~50%; и в некоторых вариантах осуществления 25%, 37%, 40% или 41%.
[0037] В настоящем изобретении органическая добавка предпочтительно представляет собой одно или более из органического связующего вещества, антисептика и антифриза; и более предпочтительно органическая добавка представляет собой органическое связующее вещество, антисептик и антифриз. Среди них органическое связующее вещество предпочтительно представляет собой одно или более из крахмала, декстрина и целлюлозы. Антисептик предпочтительно является биоцидом. Антифриз предпочтительно представляет собой этиленгликоль.
[0038] В настоящем изобретении массовая доля органической добавки в покрытии составляет 3%~15%; и в некоторых вариантах осуществления 3% или 5%.
[0039] В настоящем изобретении полная масса вышеупомянутых стойкого к высокой температуре неорганического волокна, армирующего наполнителя, расширяющегося при высокой температуре наполнителя, наполнителя каркаса, нанопорошка, неорганического суспендирующего агента, неорганического связующего вещества и органической добавки предпочтительно составляет 100%. В дополнение к вышеупомянутым компонентам система покрытия также содержит воду; в настоящем изобретении количество воды составляет 10%-50% от общего количества всех вышеупомянутых компонентов кроме воды; и в некоторых вариантах осуществления 15%, 25%, 30% или 35%.
[0040] В высокотемпературном нанокомпозитном покрытии, предлагаемом настоящим изобретением, регулируются длина волокна и режим дисперсии, а также вводятся конкретный армирующий наполнитель и расширяющийся при высокой температуре наполнитель, так что покрытие имеет сверхвысокую прочность при высоких температурах без образования трещин, вызываемого усадкой при высокой температуре. В дополнение к этому вводятся определенные наполнитель каркаса и наноструктурированные материалы, и синергетический эффект между вышеупомянутыми материалами делает состояние покрытия однородным и стабильным, избегая осаждения и расслоения в процессе укладки. Во время высокотемпературного использования покрытие прочно сцепляется с футеровкой печи, имеет малую высокотемпературную усадку и имеет барьер из твердой корки со сверхвысокой прочностью. Покрытие имеет небольшую усадку после высокотемпературного обжига, не имеет трещин и прочно сцепляется с футеровкой печи. Покрытие обладает высокой прочностью после высокотемпературного обжига, которая может эффективно противостоять размыванию воздушным потоком и эрозии атмосферой при нижнем, боковом и верхнем обжиге, защищая тем самым волоконный модуль от коррозии внешней средой и разрушения из-за хрупкости и предотвращая потери тепла печи во время высокотемпературной работы, чтобы продлить срок службы футеровки печи и снизить температуру наружной стенки печи, достигнув цели энергосбережения и снижения потребления. Высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, предлагаемое настоящим изобретением, может использоваться в качестве специального покрытия для цельноволокнистой структуры печи крекинга этилена, и обладает сверхвысокой прочностью, прочным сцеплением с волокнистой футеровкой и особым состоянием сцепления, чтобы реализовать удобство строительства. Покрытие играет ключевую роль в защите волокна, особенно при применении цельноволокнистой структуры вместо структуры кирпичной стены в печи для крекинга этилена, предотвращая ее разрушение из-за хрупкости, чтобы достичь конечной цели продления срока службы футеровки волокна и снижения температуры внешней стенки печи.
[0041] Настоящее изобретение также предлагает способ приготовления высокотемпературного нанокомпозитного покрытия, описанного в приведенных выше технических решениях, содержащий:
S1. смешивание стойкого к высоким температурам неорганического волокна, неорганического связующего вещества и воды для получения дисперсии волокна;
S2. смешивание дисперсии волокна с расширяющимся при высокой температуре наполнителем, армирующим наполнителем и наполнителем каркаса для получения густой суспензии; и
S3. смешивание густой суспензии с нанопорошком, неорганическим суспендирующим агентом и органической добавкой для получения покрытия.
[0042] Среди них на стадии S1 смешивание предпочтительно представляет собой смешивание при перемешивании; время перемешивания предпочтительно составляет 10~30 мин. На стадии S2 смешивание предпочтительно представляет собой смешивание при перемешивании; время перемешивания предпочтительно составляет 3~5 мин. На стадии S3 последовательность смешивания предпочтительно является следующей: сначала в густую суспензию добавляется нанопорошок, смешивается в течение 3-5 мин при перемешивании; затем добавляется неорганический суспендирующий агент и смешивается в течение 5~10 мин при перемешивании; и, наконец, добавляется органическая добавка и смешивается в течение 10~20 мин при перемешивании, чтобы получить покрытие.
[0043] Настоящее изобретение также предлагает покрытие для гибкой упаковки в виде небольшого мешка, представляющее собой высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, описанное в приведенных выше технических решениях, или высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, приготовленное способом, описанным в приведенных выше технических решениях. Таким образом, в дополнение к использованию пластиковых бочек для крупногабаритной упаковки, покрытие также может быть гибко упаковано в небольшие мешки для формирования покрытия из небольших мешков для облегчения строительства специальных площадок.
[0044] Настоящее изобретение также предлагает способ упаковки покрытия для гибкой упаковки в виде небольшого мешка, описанной в вышеприведенном техническом решении, содержащий: помещение покрытия в небольшой гибкий упаковочный мешок и герметизацию для того, чтобы получить покрытие для гибкой упаковки в виде небольшого мешка. Покрытие представляет собой высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, описанное в приведенных выше технических решениях, или высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, приготовленное способом, описанным в приведенных выше технических решениях.
[0045] Высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, предлагаемое настоящим изобретением, имеет следующие полезные эффекты:
[0046] 1. После высокотемпературного обжига покрытие имеет высокую прочность, малую усадку и отсутствие трещин. Покрытие может образовывать твердую и плотную корку на внешнем слое цельноволокнистой футеровки печи, которая может эффективно противостоять суровым условиям внутри печи крекинга этилена и прочно закреплять на волокнистой футеровке покрытие, напыленное на внешней поверхности, без его отваливания.
[0047] 2. Покрытие является однородным и стабильным в пастообразной форме, не выпадает в осадок и не выделяет жидкость в течение срока годности. Покрытие может быть упаковано в большие пластиковые бочки, а также может соответствовать требованиям гибкой упаковки в виде небольших пакетов, чтобы его можно было превратить в гибкую упаковку в виде небольших пакетов для упрощения строительства.
[0048] 3. Покрытие является однородным в форме пасты, а состав по настоящему изобретению делает пасту деликатной и придает ей хорошую проницаемость. Покрытие имеет прочную связь с волокнистой футеровкой при распылении на большой площади. Во время процесса приклеивания внутри футеровки клеевым пистолетом форма перевернутого молотка автоматически формируется на дне перфорации футеровки печи. За счет образования этой анкерной структуры покрытие более прочно приклеивается к футеровке печи, что обеспечивает эффект двойной страховки.
[0049] Экспериментальные результаты показывают, что высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, предлагаемое настоящим изобретением, достигает следующих технических показателей:
[0050] Химический состав: SiO2 20~60%;
Al2O3 30~80%;
ZrO2 5~20,0%;
Fe2O3 <0,3%.
[0051] Объемная плотность после высыхания при комнатной температуре: 650~850 кг/м3;
[0052] Прочность при сжатии после обжига: ≥3 МПа;
[0053] Прочность на разрыв после обжига: ≥2 МПа;
[0054] Линейная усадка при нагреве: 1300°C × 24 час ≤2%.
[0055] Срок службы: 6-12 месяцев без осаждения.
[0056] Для дальнейшего понимания настоящего изобретения его предпочтительные варианты осуществления будут описаны ниже вместе с примерами. Однако следует понимать, что эти описания предназначены только для дополнительной иллюстрации особенностей и преимуществ настоящего изобретения, а не для ограничения его формулы изобретения. В следующих примерах размер используемых исходных материалов находится в описанном выше диапазоне параметров размера различных исходных материалов.
[0057] Пример 1
[0058] 1.1 Формула покрытия
Стойкое к высокой температуре минеральное волокно: 15%;
Высокотемпературный армирующий наполнитель - игольчатый порошок микрокремнезема: 10%;
Расширяющийся при высокой температуре наполнитель - порошок кианита: 12%;
Высокотемпературный наполнитель скелета - порошок глинозема: 10%;
Нанопорошок - нанокремнезем: 5%;
Неорганическое связующее вещество - золь алюминия: 40%;
Органическая добавка - 2% порошка целлюлозы, 0,7% биоцида, 0,3% этиленгликоля: 3%;
Неорганический суспендирующий агент - бентонит: 5%;
Вода, составляющая 15% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов.
[0059] Среди них исходным волокном стойкого к высокой температуре неорганического волокна было волокно с высоким содержанием глинозема, которое было переработано в короткое волокно, и полученное волокно имело длину 0,01~1 мм и диаметр 1~5 мкм.
[0060] 1.2 Приготовление
[0061] Стойкое к высоким температурам неорганическое волокно взвешивалось и добавлялось в смеситель. Неорганическое связующее вещество и вода взвешивались, добавлялись и перемешивались в течение 20 мин для полного смачивания и диспергирования волокон. Затем последовательно добавлялись расширяющийся при высокой температуре наполнитель, армирующий наполнитель и наполнитель каркаса. После добавления смесь перемешивалась в течение 5 мин для полного диспергирования. Затем нанопорошок добавлялся и перемешивался в течение 5 мин. Неорганический суспендирующий агент добавлялся и перемешивался в течение 10 мин, чтобы он полностью расширился и играл суспендирующую роль. Наконец, органические добавки добавлялись и перемешивались в течение 20 мин для получения покрытия.
[0062] Пример 2
[0063] 1.1 Формула покрытия
Стойкое к высокой температуре минеральное волокно: 20%;
Высокотемпературный армирующий наполнитель - порошок пирофиллита: 13%;
Расширяющийся при высокой температуре наполнитель - силлиманит: 5%;
Высокотемпературный наполнитель скелета - порошок муллита: 15%;
Нанопорошок - порошок наноглинозема: 3%;
Неорганическое связующее вещество - золь кремнезема: 41%;
Органическая добавка - 2% порошка крахмала, 0,7% биоцида, 0,3% этиленгликоля: 3%;
Вода, составляющая 25% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов.
[0064] Среди них исходным волокном стойкого к высокой температуре неорганического волокна было содержащее цирконий волокно, которое было переработано в короткое волокно, и полученное волокно имело длину 0,01~1 мм и диаметр 2~6 мкм.
[0065] 1.2 Приготовление: То же самое, что и в Примере 1.
[0066] Пример 3
[0067] 1.1 Формула покрытия
Стойкое к высокой температуре минеральное волокно: 25%;
Высокотемпературный армирующий наполнитель - игольчатый порошок микрокремнезема: 15%;
Расширяющийся при высокой температуре наполнитель - порошок кианита: 8%;
Высокотемпературный наполнитель скелета - порошок циркона: 7%;
Нанопорошок - порошок наноглинозема: 5%;
Неорганическое связующее вещество - жидкий дигидрофосфат алюминия: 37%;
Органическая добавка - 2% порошка декстрина, 0,7% биоцида, 0,3% этиленгликоля: 3%;
Вода, составляющая 30% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов.
[0068] Среди них исходным волокном стойкого к высокой температуре неорганического волокна было волокно из кристаллов глинозема 72, которое было переработано в короткое волокно, и полученное волокно имело длину 0,01~1 мм и диаметр 3~6 мкм.
[0069] 1.2 Приготовление: То же самое, что и в Примере 1.
[0070] Пример 4
[0071] 1.1 Формула покрытия
Стойкое к высокой температуре минеральное волокно: 30%;
Высокотемпературный армирующий наполнитель - порошок пирофиллита: 20%;
Расширяющийся при высокой температуре наполнитель - силлиманит: 5%;
Высокотемпературный наполнитель скелета - порошок корунда: 7%;
Нанопорошок - порошок наноглинозема: 8%;
Неорганическое связующее вещество - золь алюминия: 25%;
Органическая добавка - 3,5% порошка целлюлозы, 1% биоцида, 0,5% этиленгликоля: 5%;
Вода, составляющая 35% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов.
[0072] Среди них исходным волокном стойкого к высокой температуре неорганического волокна было волокно из кристаллов глинозема 95, которое было переработано в короткое волокно, и полученное волокно имело длину 0,01~1 мм и диаметр 3~6 мкм.
[0073] 1.2 Приготовление: То же самое, что и в Примере 1.
[0074] Пример 5
[0075] (1) Покрытия, полученные в Примерах 1-2, помещались в гибкую упаковку в виде небольшого мешка и выдерживались при комнатной температуре в течение 10 месяцев для наблюдения за состоянием покрытия. В то же время существующее стойкое к высоким температурам покрытие (модель 1600 высокотемпературного теплозащитного покрытия производства компании Shandong Luyang Energy-saving Materials Co., Ltd.) использовалось в качестве контроля для проведения вышеуказанного испытания.
[0076] Результаты показаны на Фиг. 2 и Фиг. 1 соответственно. Фиг. 2 представляет собой изображение, показывающее испытание на стабильность покрытий, полученных в Примерах 1-2 настоящего изобретения; Фиг. 1 представляет собой изображение, показывающее испытание на стабильность существующего высокотемпературного покрытия. Можно заметить, что после длительного периода существующее покрытие выпало в осадок и отслоилось, т.е. стало непригодным для склеивания; тогда как покрытие по настоящему изобретению по-прежнему имело однородную и деликатную пастообразную форму без осадка и отделения жидкости. Тот же самый тест был выполнен на покрытиях, полученных в других примерах. Эффект был аналогичен эффекту, показанному на Фиг. 2, и также были достигнуты превосходные свойства однородности и стабильности.
[0077] (2) Покрытие, полученное в Примере 1, загружалось в клеевой пистолет для приклеивания футеровки печи. Структура, сформированная покрытием, показана на Фиг. 3. Фиг. 3 представляет собой изображение, показывающее структуру склеивания покрытия Примера 1 настоящего изобретения; где левая часть показывает модуль после укоренения и нанесения покрытия, а правая часть показывает форму покрытия после удаления модуля. Модуль укоренялся и покрывался покрытием, а затем сушился и прокаливался в высокотемпературной печи при 1300°C. Тогда модуль удалялся так, чтобы обнажилось укорененное и напыленное покрытие. Благодаря уникальному пастообразному однородному состоянию покрытия оно естественным образом образовывало подобную булаве форму барабанной палочки на нижней части укоренения, тем самым делая укоренение более прочным. Можно заметить, что покрытие автоматически формировало структуру в виде перевернутого молотка на дне перфорации печи, так что покрытие более прочно связывалось с футеровкой печи. Более того, можно заметить, что после отделения от волокнистого модуля волокна прилипли к поверхности покрытия, что доказывает, что покрытие, предлагаемое настоящим изобретением, имеет хорошее сцепление с волокнистой футеровкой.
[0078] (3) Покрытия, полученные в Примерах 1-4, были подвергнуты эксплуатационным испытаниям. Результаты показаны в Таблице 1.
[0079] Испытание на объемную плотность после сушки при комнатной температуре относится к YB/T5200. Условия прокаливания при испытании на прочность после обжига составляли 1300°С×3 час; покрытие было сформировано в виде тестового блока длиной 160 мм × шириной 40 мм × толщиной 40 мм. Эксплуатационные испытания выполнялись в соответствии со стандартом YB/T5202.
Таблица 1. Характеристики покрытия Примеров 1-4
| Объемная плотность после высыхания при комнатной температуре кг/м3 |
Прочность при сжатии после обжига МПа |
Прочность на разрыв после обжига МПа |
Линейная усадка при нагреве 1300°C×24 час % |
|
| Пример 1 | 750 | 5,25 | 3,25 | 1,43 |
| Пример 2 | 700 | 6 | 4,5 | 1,35 |
| Пример 3 | 680 | 5,85 | 5 | 1,53 |
| Пример 4 | 650 | 5,25 | 4,55 | 1,88 |
[0080] Из приведенных выше результатов испытаний видно, что покрытие, предлагаемое настоящим изобретением, обладает превосходными свойствами однородности и стабильности и не выпадает в осадок и не расслаивается в течение длительного времени после нанесения. В дополнение к этому, это покрытие может формировать структуру в форме перевернутого молотка при наклеивании, улучшая тем самым прочность сцепления с футеровкой печи. Более того, после обжига при высокой температуре покрытие имеет высокую прочность и малую усадку, и может лучше выдерживать суровые условия окружающей среды.
[0081] Приведенное выше описание примеров используется только для облегчения понимания способа и основной концепции настоящего изобретения. Различные модификации к вариантам осуществления будут очевидны специалистам в данной области техники. Общий принцип, определенный в настоящем документе, может быть осуществлен в других вариантах осуществления без отступлений от духа или области охвата настоящего изобретения. Следовательно, настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, показанными в настоящем документе, но должно обладать самой широкой областью охвата, согласующейся с принципами и новыми признаками, раскрытыми в настоящем документе.
1. Высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, содержащее воду и следующие компоненты в мас.%:
стойкое к высокой температуре неорганическое волокно 10% ~ 50%;
армирующий наполнитель 10% ~ 20%;
расширяющийся при высокой температуре наполнитель 5% ~ 15%;
наполнитель каркаса 7% ~ 30%;
нанопорошок 3% ~ 10%;
неорганический суспендирующий агент 0% ~ 20%;
неорганическое связующее вещество 10% ~ 50%; и
органическая добавка 3% ~ 15%;
причем вода составляет 10% ~ 50% от общей массы всех вышеперечисленных компонентов;
в котором длина стойкого к высокой температуре неорганического волокна составляет 0,01~1 мм;
в котором армирующий наполнитель представляет собой порошок игольчатого микрокремнезема или пирофиллита; при этом отношение длины к диаметру частиц порошка игольчатого микрокремнезема составляет (15~20):1, а размер частиц порошка пирофиллита составляет 200~300 меш;
в котором наполнитель каркаса представляет собой порошок муллита или циркона;
в котором расширяющийся при высокой температуре наполнитель представляет собой порошок кианита или силлиманита;
в котором органическая добавка представляет собой органическое связующее вещество, антисептик и антифриз; при этом органическое связующее вещество представляет собой крахмал, декстрин или целлюлозу, при этом антисептик представляет собой биоцид, и антифриз представляет собой этиленгликоль;
в котором нанопорошок представляет собой порошок нанокремнезема или наноглинозема; при этом размер частиц нанопорошка составляет 1~100 нм;
в котором неорганический суспендирующий агент представляет собой бентонит.
2. Композитное покрытие по п. 1, в котором стойкое к высокой температуре неорганическое волокно выбирается из одного или нескольких волокон с высоким содержанием глинозема, цирконий волокон и волокон из кристаллов глинозема.
3. Композитное покрытие по п. 1, в котором неорганическое связующее вещество выбирается из одного или нескольких из золя алюминия, дигидрофосфата алюминия и золя кремнезема.
4. Способ приготовления высокотемпературного нанокомпозитного покрытия по любому из пп. 1-3, содержащий:
S1. смешивание стойкого к высоким температурам неорганического волокна, неорганического связующего вещества и воды для получения дисперсии волокна;
S2. смешивание дисперсии волокна с расширяющимся при высокой температуре наполнителем, армирующим наполнителем и наполнителем каркаса для получения густой суспензии; и
S3. смешивание густой суспензии с нанопорошком, неорганическим суспендирующим агентом и органической добавкой для получения покрытия.
5. Покрытие для гибкой упаковки в виде мешка, представляющее собой высокотемпературное нанокомпозитное покрытие по любому из пп. 1-3 или высокотемпературное нанокомпозитное покрытие, приготовленное способом по п. 4.
