Красящий состав для получения огнеупорной краски

Изобретение относится к технологии изготовления огнеупорных изделий (формованных и неформованных) с температурой обжига до 1550°С и может использоваться для маркировки заготовок из таких изделий как до термообработки, так и после нее. Описанный красящий состав для получения огнеупорной краски содержит 30-75 мас.% двуокиси титана, 5-50 мас.% оксида хрома и дополнительно включает 5-40 мас.% алюмината кобальта. Технический результат: количество компонентов, взятых в определенных соотношениях (мас.%), позволяет получить красящий состав огнеупорной краски для маркировки изделий, в том числе работающих в условиях высоких температур, с возможностью сохранения ее на изделиях в условиях эксплуатации до температуры 1550°С, а также при термоциклировании изделий с маркировкой.

 

Изобретение относится к технологии изготовления огнеупорных изделий (формованных и неформованных) с температурой обжига до 1550°С и может использоваться для маркировки заготовок из таких изделий как до термообработки, так и после нее.

Известен состав керамической краски, содержащей оксид железа - 45,4%, оксид хрома - 43,2%, оксид кобальта - 11,4% (П.П.Будников, А.С.Бережной, И.А.Булавин и др. Технология керамики и огнеупоров. М., 1962 г, с.525-526), - аналог.

Недостатком этой краски является диссоциация СоО при высокой температуре обжига (1410°С) на закись кобальта и кислород, который нарушает целостность краски (вспучивает краску), и, кроме того, при высоких температурах в данной краске образуются легкоплавкие соединения, и она растекается по поверхности изделия.

Также известен состав огнеупорной краски, включающий АБФС (алюмоборофосфатное связующее), двуокись кремния, каолин, неорганический пигмент и воду (авторское свидетельство СССР №706428, VRB C 09 B 1/00, 1978 г.) - аналог.

К недостаткам данного состава относится то, что он имеет ограниченную область применения и пригоден лишь для нанесения на изделия, имеющие шероховатую поверхность со значительной пористостью, например на асбоцементные изделия, и, кроме того, состав после его нанесения на поверхность долго сохнет и образует неводостойкие покрытия из-за пониженной температуры термообработки.

Известен состав огнеупорной краски для нанесения на металлические и неметаллические изделия, включающий двуокись титана, оксид магния, двуокись кремния, гидроксид алюминия, углекислый кальций и алюмоборофосфатное связующее при следующем соотношении компонентов: двуокись титана 9,0-31,4, оксид магния - 0,4-2,3, двуокись кремния 1,6-4,8, гидроксид алюминия 0,1-1,0, углекислый кальций 0,3-3,1 и алюмоборофосфатное связующее - остальное (МКИ6: патент РФ №2098441, C 09 D 1/00, C 09 D 5/18, БИ №34 за 1997 г.) - прототип.

Недостатком данного состава является низкая огнеупорность и невозможность использования его для изделий, работающих в условиях термоциклирования.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является создание красящего состава огнеупорной краски, в частности для маркировки изделий, в том числе работающих в условиях высоких температур, с возможностью сохранения ее на изделиях в условиях эксплуатации до температуры 1550°С, а также при термоциклировании изделий с маркировкой. Для достижения указанного технического результата красящий состав для получения огнеупорной краски, включающий оксид хрома и двуокись титана, дополнительно содержит алюминат кобальта при следующем соотношении компонентов, мас.%: двуокись титана - 30-75, оксид хрома - 5-50 и алюминат кобальта - 5-40.

Для приготовления красящего состава применяются следующие исходные материалы: титан двуокись пигментная белая марки РО-2, ГОСТ 9808-84, окись хрома техническая (стойкая к силикатным расплавам), ГОСТ 2912-79, кобальт синий синтезированный до алюмината кобальта, а для обеспечения нанесения красящего состава на изделие она должна быть соединена со связующим, причем в качестве связующего может быть использована, например, вода или спирт и, следовательно, маркировочный состав краски может представлять собой, например, водный раствор или спиртовой раствор указанных компонентов определенной консистенции, которая зависит от вида материала, на который наносится краска, и от самого изделия (изделия могут быть свежесформованными, высушенными, обоженными, с мелкозернистой или крупнозернистой структурой, пористыми или беспористыми), от температуры последующего обжига и других условий, в которых будет осуществляться работа изделия с маркировкой, нанесенной заявляемой краской.

Оптимальный результат будет достигаться в случае, когда краска (заявляемый состав со связующим) имеет консистенцию сливок или сметаны, т.е. консистенция краски должна обеспечивать маркировку изделий с помощью кисточек №1-5, причем выбор номера кисточки зависит от желаемой толщины маркировки и от состояния поверхности изделия. Маркировка должна иметь четкие границы, а состав краски не должен проникать глубоко в изделие, что особенно важно для изделий с тонкими стенками, например плавильных тиглей.

Поскольку все исходные материалы мелкодисперсные, т.е. с размером частиц менее 10 мкм, их не измельчают, а проводят сухое смешение в фарфоровых или других видов мельницах в произвольной последовательности компонентов, а затем полученную смесь соединяют со связующим, например с водой.

Заявителем были проведены теоретические и экспериментальные исследования заявляемого состава краски, в результате которых было установлено, что повышение количества отдельно двуокиси титана и отдельно алюмината кобальта по сравнению с предложенным составом ведет к повышению спекаемости слоя краски и ее проникновению в изделие, а соответственно при уменьшении количества двуокиси титана или алюмината кобальта снижается адгезия краски с изделием.

Оксид хрома вводят в состав краски для увеличения прочности окрашенного слоя, увеличения интенсивности окраски, а также улучшения вязкости краски. Причем повышение содержания оксида хрома в составе краски приводит к ее испаряемости из маркировки и появлению на изделии налета или появлению «ауры» около маркировки, связанных с реакцией краски с поверхностью изделия, а снижение количества окиси хрома вызывает уменьшение интенсивности окраски маркировки и уменьшает ее прочность на изделии.

Кроме того, заявителем было установлено, что качество маркировки по четкости и яркости выше, если наносить ее на обоженные изделия, например на огнеупорные короба для высокотемпературного обжига керамики в туннельной печи.

Необходимо учитывать, что наличие часто встречающегося дефекта-металлизации, резко снижающего качество маркировки, зависит от окислительно-восстановительных условий обжига. Оптимальные результаты при использовании заявляемой краски были получены в интервале температур от 1000°С до 1550°С. При температуре обжига менее 1000°С происходит стирание краски с изделия, а при температуре более 1550°С - ухудшение качества маркировки (нечеткость контура).

Ниже приведены примеры конкретного использования заявляемой краски для различных изделий.

Пример 1. Необходимо промаркировать сырые заготовки изделий с мелкозернистой, гладкой поверхностью, например изделия из мелкозернистого электрокорунда.

Готовят смесь ингредиентов краски в следующем соотношении, мас.%: TiO₂ - 30,0, Cr₂O₃ - 30,0, CoAl₂O₄ - 40,0. После сухого перемешивания в смесь добавляют воду в количестве 56% сверх 100, готовая к применению краска имеет консистенцию густой сметаны. Такую краску наносят на заготовки кисточкой №1-3 с последующей термообработкой до температуры 1550°С. Цвет маркировки сиреневый с зеленью. Яркость и четкость маркировки хорошая и сохраняется при многократном термоциклировании (более 200 циклов при указанной температуре).

Пример 2.

Необходимо промаркировать сырые заготовки изделий с среднезернистой и крупнозернистой пористой поверхностью, например огнеупорные тигли из муллитокорунда или плавленного периклаза для плавки металлов.

Готовят смесь ингредиентов краски в следующем соотношении, мас.%: TiO₂ - 50,0, Cr₂O₃ - 35,0, CoAl₂O₄ - 15,0. После перемешивания добавляют 66% воды сверх 100, краска имеет консистенцию жидкой сметаны. Такую краску наносят кисточкой №3-4, после чего изделия обжигают до температуры 1550°С. Цвет маркировки - розовато-сиреневый с синим оттенком. Яркость и четкость маркировки удовлетворительная и сохраняется при многократном термоциклировании (более 200 циклов при указанной температуре).

Пример 3.

Необходимо нанести краску на огнеупорные, обожженные изделия с шероховатой поверхностью, например муллитокорундовые стаканы для обжига керамических стержней.

Готовят смесь ингредиентов краски в следующем соотношении, мас.%: TiO₂ - 75,0, Cr₂O₃ - 10,0, CoAl₂O₄ - 15,0. После сухого перемешивания добавляют 80% воды сверх 100, краска имеет консистенцию сливок (краска капает с конца кисточки). Такую краску наносят кисточкой №2-4. Нанесенная краска закрепляется на изделии в последующем обжиге до температуры 1380°С. Цвет маркировки - сиренево-зеленый с коричневатым оттенком. Яркость и четкость маркировки удовлетворительная и сохраняется при многократном термоциклировании (более 300 циклов при указанной температуре).

Красящий состав для получения огнеупорной краски, включающий оксид хрома и двуокись титана, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминат кобальта при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Двуокись титана	30-75
Оксид хрома	5-50
Алюминат кобальта	5-40