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冶金复合反射绝热层
                                   技术领域

    本发明所属的冶金复合反射绝热层应用于液态金属容器内表面和具有隔热要求装置的内、外表面的隔热保温层。

                                   技术背景

    目前，冶金生产使用的液态金属容器内表面隔热保温层一般采用隔热砖或纤维硬板。例如，钢水罐隔热保温层厚度在20～40mm，隔热效果Δt≤50℃。由于该隔热保温层没有考虑液态金属辐射传热和砖/板缝隙的对流传热对液态金属热量损失的影响，只能阻止部分热传导。因此，隔热保温效果差，导致冶炼温度高，能耗大，液态金属热量损失多，易出现低温结渣、结壳现象，液态金属容器的壳体温度过高使其强度、抗蠕变性能降低。而且，由于隔热保温层厚度较大，造成液态金属容器有效容积减少。

    现有液态金属容器内表面没有Al2O3涂层。现有的热喷涂Al2O3涂层一般采用等离子热喷涂或超音速火焰热喷涂或爆炸热喷涂，采用微米级Al2O3热喷涂粉制备Al2O3涂层，不仅成本高，而且也不能在现场对生产设备制备涂层。现有采用氧乙炔火焰热喷涂微米级Al2O3热喷涂粉制备Al2O3涂层，由于熔态不好，结合强度低，涂层容易脱落。

                                   发明内容

    本发明所要解决的技术问题是，克服现有隔热保温层只能阻止部分热传导，而不能有效阻止热辐射和热对流的不足，采用新的绝热材料和制作工艺，提出了一种能全面阻隔热传导、热对流和热辐射的冶金复合反射绝热层。

    冶金复合反射绝热层的技术方案是：本发明所述的冶金复合反射绝热层，主要用于液态金属容器壳体内表面和具有隔热要求装置的内或外表面上，从基体表面开始依次超音速强化喷砂处理、热喷涂0.1～2mm厚的纳米Al2O3涂层、粘贴3～30mm厚的多层反射绝热层、抹/喷涂2～10mm厚的防护层。所述地超音速强化喷砂处理，采用压入式超音速喷砂机和石英砂/刚玉砂/金刚砂，使基体表面净化、粗化、活化、纳米化。所述的热喷涂层可以采用氧乙炔火焰枪制备由热喷涂底层和工作层组成，也可以直接在基体表面上热喷涂工作层，底层热喷涂材料为Ni-Al2O3，其质量比是Ni∶Al2O3＝25～80∶25～75，工作层热喷涂材料为球形团聚态纳米Al2O3，热喷涂层显微组织为闭式蜂窝状结构。所述的多层反射绝热层主要由多层纤维纸/布、金属箔、纳米胶组成，粘贴在热喷涂层上，在纤维纸/布上粘贴金属箔做为夹层，中间间隔物是由纳米SiO2·TiO2/Al2O3·SiO2、无机纤维、互穿网络聚合物组成的纳米胶，其质量比为45～65∶1～5∶40～65，在夹层上进行涂布，采用辗压法排除层间的残留空气和粘合，经过烘箱干燥固化，多层反射绝热层厚度为每厘米10～50层。所述的抹/喷涂防护层是由无机纤维、γ-Al2O3、ZrO2-CaO、Al2O3·SiO2、膨胀珍珠岩/漂珠/蛭石、膨润土微细粉组成，其质量比例为2～10∶25～40∶1～5∶10～20∶3～10∶20～30，加入含40～60％的磷酸铝或含50～80％、模数大于3的硅酸钠或含40～60％的硅溶胶结合剂，充分混合后抹/喷涂在多层反射绝热层上，之后烘干固化。

    由于采用了上述技术方案，所述的冶金复合反射绝热层，有效地阻隔了热传导、热对流和热辐射，明显地提高了隔热保温效果，而且降低了绝热层的厚度。

    采用超音速强化喷砂处理，比现有喷砂处理，不仅使基体表面净化、粗化，而且使基体表面活化、纳米化，提高基体表面与涂层的吸附和扩渗能力。采用氧乙炔火焰枪喷涂球形团聚态纳米Al2O3热喷涂粉，制备的纳米Al2O3涂层膨胀系数接近钢基，界面残余应力小，结合强度高，实现了长期以来在生产现场制备高质量、低成本热喷涂Al2O3涂层的难题。纳米Al2O3涂层在600℃时导热系数λ≤0.74w/m·k、1000℃时导热系数λ≤0.65w/m·k，比传统的微米Al2O3涂层在600℃时导热系数λ≤8.7w/m·k、1200℃时导热系数λ≤5.3w/m·k，低一个数量级以上。而且，纳米Al2O3涂层辐射率1200℃时0.28、1500℃时0.38。因此，纳米Al2O3涂层是一种较好的热障涂层和反射涂层。多层反射绝热层的夹层采用金属箔能够有效阻隔和反射热辐射；间隔物中纳米SiO2·TiO2/Al2O3·SiO2是超级绝热材料，其导热系数λ≤0.024/m·k，互穿网络聚合物使纳米SiO2·TiO2/Al2O3·SiO2表面改性，不仅能够使纳米颗粒粘结，而且在中高温时碳化，成为热屏蔽的材料。因此，多层反射绝热层是一种低传导、无对流、高反射、热屏蔽的新型绝热材料和绝热结构。

                                   具体实施方式

    下面对本发明作进一步描述：

    首先，在基体表面上进行超音速强化喷砂处理，采用压入式超音速喷砂机，其拉瓦尔喷枪喉口直径为8～20mm，压力大于0.6Mpa，采用具有棱角坚硬的石英砂/刚玉砂/金刚砂，使基体表面净化、粗化、活化、纳米化。然后，采用氧乙炔火焰喷涂枪在基体表面上进行热喷涂，其氧气压力在0.8～1.2Mpa、乙炔压力在0.6～1Mpa，热喷涂层可以由热喷涂底层和工作层组成，也可以直接在基体表面上热喷涂工作层，底层热喷涂材料为Ni-Al2O3，其质量比是Ni∶Al2O3＝25～80∶20～75，粒度200目～350目，工作层热喷涂材料为球形团聚态纳米Al2O3，热喷涂层的厚度为0.1～2mm，热喷涂层显微组织为闭式蜂窝状结构。之后，在热喷涂层上粘贴多层反射绝热层，多层反射绝热层主要由纤维纸/布、金属箔、纳米胶组成，在纤维纸/布上粘贴金属箔做为夹层，中间间隔物是由纳米SiO2·TiO2/Al2O3·SiO2、无机纤维、互穿网络聚合物组成的纳米胶，经过充分混合制成，其质量比例为45～65∶1～5∶40～65，在夹层上进行涂布，采用辗压法排除层间的残留空气和粘合，经过烘箱干燥固化，纤维纸/布采用普通硅酸铝/高铝/含锆纤维纸/布，其厚度不超过1.5mm，金属箔为铝箔/铜箔坏锈钢箔，其厚度为0.006～0.5mm之间。最后，在真空反射上抹/喷涂防护层，抹/喷涂防护层是由无机纤维、γ-Al2O3、ZrO2-CaO、Al2O3·SiO2、膨胀珍珠岩/漂珠/蛭石、膨润土微细粉组成，其质量比例为2～10 25～40∶1～5∶10～20∶3～10∶20～30，加入含40～60％的磷酸铝或含50～80％、模数大于3的硅酸钠或含40～60％的硅溶胶结合剂，充分混合后抹/喷涂在多层反射绝热层上，当厚度小于3mm时抹/喷一遍，当厚度在3～10mm时抹/喷两遍，之后烘干固化。