本发明属于耐火材料领域，尤其涉及一种热防护涂料及其应用。
背景技术
目前，在钢铁冶金炉、重有色金属冶金炉、化学工业用炉，以及工业煅烧窑炉等所有耐高温炉中，大都使用耐温度高、导热系数低的纤维炉衬。虽然这些炉衬的保温隔热效果比较好，但是在恶劣气氛、风速、渣蚀和热震的作用下，经过一定时间的使用后就会析晶、粉化、掉渣，从而破坏炉衬整体结构，导致耐高温炉使用寿命的降低。
为解决上述问题，有技术人员提出可将高性能的热防护涂料涂覆在纤维炉衬表面，从而隔绝纤维炉衬直接与炉内的恶劣环境接触，进而延长炉衬的使用寿命。因此，开发一种适用于纤维炉衬防护和修补的高性能热防护涂料，是本领域技术人员迫切解决的技术难题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种热防护涂料及其应用，本发明提供的热防护涂料强度高、高温收缩小、不裂纹、耐气流冲刷及环境的腐蚀，非常适用于纤维炉衬的防护和修补。
本发明提供了一种热防护涂料，由水和包括以下重量份组分的原料混合制成：
所述无机长纤维的纤维直径为1～10μm，纤维长度为1～20mm；
所述粗颗粒耐火粉料的粒径为20～80目。
优选的，所述无机长纤维包括玻璃纤维、岩棉纤维、硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、硅酸钙纤维和氧化铝晶体纤维中的一种或多种。
优选的，所述氧化铝粉的粒径为200～500目。
优选的，所述粗颗粒耐火粉料为耐火砖砖粉。
优选的，所述耐火砖砖粉的成分组成包括al2o3和sio2。
优选的，所述无机结合剂包括泡花碱、硅溶胶和磷酸二氢铝中的一种或多种。
优选的，所述原料还包括0.5～5重量份的有机结合剂。
优选的，涂料中所述水的含量为20～50wt％。
本发明提供了一种热防护涂层，由上述技术方案所述的涂料经涂布后干燥形成。
本发明提供了一种热处理炉，炉衬表面设置有上述技术方案所述的涂层。
与现有技术相比，本发明提供了一种热防护涂料及其应用。本发明提供的热防护涂料由水和包括以下重量份组分的原料混合制成：无机长纤维10～50份；黏土熟料1～8份；氧化铝粉2～15份；粗颗粒耐火粉料3～20份；无机结合剂8～30份；所述无机长纤维的纤维直径为1～10μm，纤维长度为1～20mm；所述粗颗粒耐火粉料的粒径为20～80目。本发明通过供对热防护涂料的成分组成进行优化设计，显著提升了涂料的性能，具体表现为：强度高、高温收缩小、不裂纹、耐气流冲刷及环境的腐蚀。将其涂覆在纤维炉衬表面，可明显改善纤维炉衬在高温使用过程中受炉内气氛的影响，造成析晶、粉化、掉渣，破坏炉衬整体结构的情况，大大延长纤维炉衬的使用寿命。而且，本发明提供的涂料还具有良好的保温隔热性能，涂覆到炉衬表面能有效的防止辐射及对流对炉腔带来的热损失。实验结果表明，本发明提供的涂料干燥后的耐压强度≥1mpa，抗折强度≥1mpa，加热线收缩≤3％，酌减≤3％，耐气流冲刷性能≥80m/s，在酸性气氛中1年以上无腐蚀、开裂迹象，线变化≤2％，导热系数≤0.175w/(m.k)。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种热防护涂料，由水和包括以下重量份组分的原料混合制成：
所述无机长纤维的纤维直径为1～10μm，纤维长度为1～20mm；
所述粗颗粒耐火粉料的粒径为20～80目。
本发明提供的涂料由水和上述原料混合制成，其中，所述无机长纤维包括但不限于玻璃纤维、岩棉纤维、硅酸铝纤维、硅酸镁纤维、硅酸钙纤维和氧化铝晶体纤维中的一种或多种。在本发明中，所述硅酸铝纤维中的al2o3含量优选为40～60wt％，具体可为44wt％或52～55wt％。在本发明提供的一个实施中，所述无机长纤维包括岩棉纤维和硅酸铝纤维，所述岩棉纤维和硅酸铝纤维的质量比优选为1：(0.5～2)，更优选为1:1。在本发明提供的另一个实施例中，所述无机长纤维包括硅酸铝纤维和氧化铝晶体纤维，所述硅酸铝纤维和氧化铝晶体纤维的质量比优选为1：(1～3)，更优选为1:2。在本发明中，所述无机长纤维的纤维直径为1～10μm，具体可为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm；所述无机长纤维的纤维长度为1～20mm，具体可为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。在本发明中，所述无机长纤维在所述原料中的含量为10～50重量份，具体可为1重量份、2重量份、3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份、30重量份、31重量份、32重量份、33重量份、34重量份、35重量份、36重量份、37重量份、38重量份、39重量份、40重量份、41重量份、42重量份、43重量份、44重量份、45重量份、46重量份、47重量份、48重量份、49重量份或50重量份。
在本发明中，黏土熟料的粒径优选为200～300目，具体可为200目、250目或300目。在本发明中，所述黏土熟料在所述原料中的含量为1～8重量份，具体可为1重量份、1.5重量份、1.6重量份、1.7重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.3重量份、3.4重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、7重量份、7.5重量份或8重量份。
在本发明中，所述氧化铝粉的粒径优选为200～500目，具体可为200目、250目、300目、350目、400目、450目或500目。在本发明中，所述氧化铝粉在所述原料中的含量为2～15重量份，具体可为2重量份、2.5重量份、3重量份、3.3重量份、3.4重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份、5.5重量份、6重量份、6.5重量份、6.6重量份、6.7重量份、7重量份、7.5重量份、8重量份、8.5重量份、9重量份、9.5重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份或15重量份。
在本发明中，所述粗颗粒耐火粉料优选为耐火砖砖粉，所述耐火砖砖粉的成分组成优选包括al2o3和sio2，其中，所述al2o3的含量优选为35～70wt％，具体可为37wt％、42wt％、53wt％、56wt％或67wt％；所述sio2的含量优选为25～60wt％，具体可为30wt％、40wt％、43wt％、52wt％或55wt％。在本发明中，所述耐火砖砖粉具体可选择鲁阳耐火砖砖粉回料。在本发明在中，所述粗颗粒耐火粉料的粒径为20～80目，具体可为20目、25目、30目、35目、40目、45目、50目、55目、60目、65目、70目、75目或80目。在本发明中，所述粗颗粒耐火粉料在所述原料中的含量为3～20重量份，具体可为3重量份、4重量份、5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份或20重量份。
在本发明中，所述无机结合剂包括但不限于泡花碱、硅溶胶和磷酸二氢铝中的一种或多种；所述硅溶胶的固含量优选为20～40wt％，具体可为20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％。在本发明中，所述无机结合剂在所述原料中的含量为8～30重量份，具体可为8重量份、9重量份、10重量份、11重量份、12重量份、13重量份、14重量份、15重量份、16重量份、17重量份、18重量份、19重量份、20重量份、21重量份、22重量份、23重量份、24重量份、25重量份、26重量份、27重量份、28重量份、29重量份或30重量份。
在本发明中，所述原料中优选还包括有机结合剂，所述有机结合剂包括但不限于聚乙烯乳液和/或聚氧烯醇乳液；所述乳液的固含量优选为3～10wt％，具体可为3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％。在本发明中，所述有机结合剂在所述原料中的含量优选为0.5～5重量份，具体可为0.5重量份、1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份。
在本发明中，涂料中所述水的含量优选为20～50wt％，具体可为20wt％、23.5wt％、25wt％、28.5wt％、30wt％、35wt％、38.5wt％、40wt％、43.5wt％、45wt％或50wt％。
在本发明中，所述涂料的湿态容重优选为900～1500kg/m3，具体可为900kg/m3、950kg/m3、1000kg/m3、1050kg/m3、1100kg/m3、1150kg/m3、1200kg/m3、1250kg/m3、1300kg/m3、1350kg/m3、1400kg/m3、1450kg/m3或1500kg/m3；所述涂料干燥后的容重优选为350～750kg/m3，具体可为350kg/m3、400kg/m3、450kg/m3、500kg/m3、550kg/m3、600kg/m3、650kg/m3、680kg/m3、700kg/m3或750kg/m3。
在本发明中，所述涂料在25℃下的粘度优选为10000～100000mpa.s，具体可为10000mpa.s、20000mpa.s、30000mpa.s、40000mpa.s、50000mpa.s、60000mpa.s、70000mpa.s、80000mpa.s、90000mpa.s或100000mpa.s。
在本发明中，对所述热防护涂料的制备工艺没有特别限定，直接将水和所述原料混合均匀即可得到本发明提供的热防护涂料。
本发明通过对热防护涂料的成分组成进行优化设计，显著提升了涂料的性能，具体表现为：强度高、高温收缩小、不裂纹、耐气流冲刷及环境的腐蚀。更具体的，本发明提供的热防护涂料在使用过程中至少具有如下优点：
1)在高温窑炉的炉衬表面涂刷本发明提供的涂料后，可形成一层没有裂纹的硬壳，能够有效的抵抗环境的侵蚀、热震等外界条件的破坏，使用这种涂层结构，能有效的延长炉衬使用寿命。
2)本发明提供的涂料使用范围广，在较宽温度范围都可以使用。
3)本发明提供的涂料能有效的防止辐射及对流带来的热损失，提高炉衬的保温隔热效果。
4)旧炉衬的修补，当高温炉炉衬局部受损，可以将损坏部位的炉衬表面进行清理后，用本发明提供的涂层修补，既施工方便，又结实耐用。
实验结果表明，本发明提供的涂料干燥后的耐压强度≥1mpa，抗折强度≥1mpa，加热线收缩≤3％，酌减≤3％，耐气流冲刷性能≥80m/s，在酸性气氛中1年以上无腐蚀、开裂迹象，线变化≤2％，导热系数≤0.175w/(m.k)。
本发明还提供了一种热防护涂层，由上述技术方案所述涂料的经涂布后干燥形成。本发明提供的涂层由所述涂料经涂布后干燥形成，具有良好的使用性能，具体表现为：强度高、高温收缩小、不裂纹、耐气流冲刷及环境的腐蚀。而且本发明提供的涂层还具有良好的保温隔热性能。
本发明还提供了一种热处理炉，所述热处理炉的炉衬表面设置上述技术方案所述的涂层。本发明提供的热处理炉在其炉衬表面设置所述涂层，可明显改善纤维炉衬在高温使用过程中受炉内气氛的影响，造成析晶、粉化、掉渣，破坏炉衬整体结构的情况，大大延长纤维炉衬的使用寿命。而且，由于设置在炉衬表面的涂层还具有良好的保温隔热性能，因此辐射及对流并不会对本发明提供的热处理炉的炉腔造成太大的热损失。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
高温热防护涂料的质量组成：无机结合剂(泡花碱)10wt％，粘土熟料(200目)5wt％，氧化铝粉(300目)10wt％，粗颗粒耐火粉料(鲁阳耐火砖砖粉回料，al2o3含量37wt％，sio2含量55wt％，20～80目)15wt％，岩棉长纤维(纤维直径1～10μm，纤维长度1～20mm)15wt％，聚氧化乙烯乳液(固含量5wt％)1.5wt％，自来水43.5wt％。涂料的粘度100000mpa.s(25℃)，湿态容重1450kg/m3，常温干燥后的容重700kg/m3。
将涂料涂抹在基材上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试，结果为：耐压强度(gb/t5072-2006)2.4mpa；抗折强度(gb/t3001-2006)1.65mpa；加热线收缩(gb/t17911-2006)-0.8％；酌减(gb/t6900-2016)2％；耐气流冲刷性能(en-993-20)80m/s；用2000ppm的hcl气体腐蚀1年后无腐蚀迹象，不开裂不脱落；800℃×24h加热涂层后，涂层的线变化≤2％；导热系数(yb/t4130-2005)0.125w/(m.k)。
实施例2
高温热防护涂料的质量组成：无机结合剂(硅溶胶，固含量30wt％)15wt％，粘土熟料(200目)3.3wt％，氧化铝粉(300目)6.7wt％，粗颗粒耐火粉料(鲁阳耐火砖砖粉回料，al2o3含量42wt％，sio2含量52wt％，20～80目)15wt％，硅酸铝长纤维(al2o3含量44wt％，纤维直径1～10μm，纤维长度1～20mm)20wt％，聚氧化乙烯乳液(固含量5wt％)1.5wt％，自来水38.5wt％。涂料的粘度100000mpa.s(25℃)，湿态容重1350kg/m3，常温干燥后的容重680kg/m3。
将涂料涂抹在基材上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试，结果为：耐压强度(gb/t5072-2006)2.75mpa；抗折强度(gb/t3001-2006)1.5mpa；加热线收缩(gb/t17911-2006)-0.7％；酌减(gb/t6900-2016)2％；耐气流冲刷性能(en-993-20)80m/s；用2000ppm的hcl气体腐蚀1年后无腐蚀迹象，不开裂不脱落；1100℃×24h加热涂层后，涂层的线变化≤2％；导热系数(yb/t4130-2005)0.175w/(m.k)。
实施例3
高温热防护涂料的质量组成：无机结合剂(硅溶胶，固含量30wt％)25wt％，粘土熟料(200目)1.7wt％，氧化铝粉(300目)3.3wt％，粗颗粒耐火粉料(鲁阳耐火砖砖粉回料，al2o3含量53wt％，sio2含量43wt％，20～80目)5wt％，硅酸铝高铝纤维(al2o3含量52～55wt％，纤维直径1～10μm，纤维长度1～20mm)40wt％，聚氧化乙烯乳液(固含量5wt％)1.5wt％，自来水23.5wt％。涂料的粘度100000mpa.s(25℃)，湿态容重950kg/m3，常温干燥后的容重650kg/m3。
将涂料涂抹在基材上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试，结果为：耐压强度(gb/t5072-2006)2.75mpa；抗折强度(gb/t3001-2006)1.5mpa；加热线收缩(gb/t17911-2006)-0.7％；酌减(gb/t6900-2016)2％；耐气流冲刷性能(en-993-20)80m/s；用2000ppm的hcl气体腐蚀1年后无腐蚀迹象，不开裂不脱落；1250℃×24h加热涂层后，涂层的线变化≤2％”；导热系数(yb/t4130-2005)0.175w/(m.k)。
实施例4
高温热防护涂料的质量组成：无机结合剂(磷酸二氢铝)20wt％，粘土熟料(200目)3.3wt％，氧化铝粉(300目)6.7wt％，粗颗粒耐火粉料(鲁阳耐火砖砖粉回料，al2o3含量67wt％，sio2含量30wt％，20～80目)10wt％，氧化铝晶体纤维(纤维直径1～10μm，纤维长度1～20mm)30wt％，聚氧化乙烯乳液(固含量5wt％)1.5wt％，自来水28.5wt％。涂料的粘度100000mpa.s(25℃)，湿态容重1250kg/m3，常温干燥后的容重600kg/m3。
将涂料涂抹在基材上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试，结果为：耐压强度(gb/t5072-2006)2.5mpa；抗折强度(gb/t3001-2006)1.5mpa；加热线收缩(gb/t17911-2006)-0.7％；酌减(gb/t6900-2016)2％，耐气流冲刷性能(en-993-20)80m/s；用2000ppm的hcl气体腐蚀1年后无腐蚀迹象，不开裂不脱落；1500℃×24h加热涂层后，涂层的线变化≤2％；导热系数(yb/t4130-2005)0.175w/(m.k)。
实施例5
高温热防护涂料的质量组成：无机结合剂(硅溶胶，固含量30wt％)15wt％，粘土熟料(200目)3.3wt％，氧化铝粉(300目)6.7wt％，粗颗粒耐火粉料(鲁阳耐火砖砖粉回料，al2o3含量42wt％，sio2含量52wt％，20～80目)15wt％，岩棉纤维(纤维直径1～10μm，纤维长度1～20mm)10wt％，硅酸铝长纤维(al2o3含量44wt％，纤维直径1～10μm，纤维长度1～20mm)10wt％，聚氧化乙烯乳液(固含量5wt％)1.5wt％，自来水38.5wt％。涂料的粘度100000mpa.s(25℃)，湿态容重1350kg/m3，常温干燥后的容重680kg/m3。
将涂料涂抹在基材上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试，结果为：耐压强度(gb/t5072-2006)2.75mpa；抗折强度(gb/t3001-2006)1.5mpa；加热线收缩(gb/t17911-2006)-0.7％；酌减(gb/t6900-2016)2％；耐气流冲刷性能(en-993-20)80m/s；用2000ppm的hcl气体腐蚀1年后无腐蚀迹象，不开裂不脱落；1000℃×24h加热涂层后，涂层的线变化≤2％”；导热系数(yb/t4130-2005)0.175w/(m.k)。
实施例6
高温热防护涂料的质量组成：无机结合剂(磷酸二氢铝)20wt％，粘土熟料(200目)3.3wt％，氧化铝粉(300目)6.7wt％，粗颗粒耐火粉料(鲁阳耐火砖砖粉回料，al2o3含量56wt％，sio2含量40wt％，20～80目)10wt％，硅酸铝高铝纤维(al2o3含量52～55wt％，纤维直径1～10μm，纤维长度1～20mm)10wt％，氧化铝晶体纤维(纤维直径1～10μm，纤维长度1～20mm)20wt％，聚氧化乙烯乳液(固含量5wt％)1.5wt％，自来水28.5wt％。涂料的粘度100000mpa.s(25℃)，湿态容重1250kg/m3，常温干燥后的容重600kg/m3。
将涂料涂抹在基材上，常温干燥，得到涂层测试件。对所述涂层测试件的性能进行测试，结果为：耐压强度(gb/t5072-2006)2.5mpa；抗折强度(gb/t3001-2006)1.5mpa；加热线收缩(gb/t17911-2006)-0.7％；酌减(gb/t6900-2016)2％；耐气流冲刷性能(en-993-20)80m/s；用2000ppm的hcl气体腐蚀1年后无腐蚀迹象，不开裂不脱落；1350℃×24h加热涂层后，涂层的线变化≤2％；导热系数(yb/t4130-2005)0.175w/(m.k)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。