一种钢包镁碳砖用保护材料及其应用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料技术领域，特别涉及一种钢包镁碳砖用保护材料及其应用方法。
【背景技术】
[0002] 钢包是用于炼钢厂、铸造厂在电炉或转炉前承接钢水的容器，内切耐火砖，该耐火 砖通常为镁碳砖。镁碳砖（MgO-C)是由氧化镁和炭素材料为主要原料、添加酚醛树脂、沥青 等炭质结合剂压制而成的耐火材料。在装入高温钢水前用煤气作为燃料烘烤到1200°C左 右，历时12-24小时。其中100-500°C的温度范围历时最长，达到整个烘烤时间的三分之二 以上。在100-500°C的烘烤过程中，镁碳砖中的炭质结合剂碳化形成网状碳骨架，将耐火材 料中的氧化镁粒子、石墨粒子牢固地结合在一起。与此同时，放出大量的水和其他挥发性气 体。但是，由炭质结合剂碳化而形成的网状碳骨架在300°C以上开始与气氛中的氧、二氧化 碳反应形成CO2XO等气体挥发掉，形成厚度20-30_疏松-粉化的脱碳层。该脱碳层因机 械震动剥落、或者在钢包接受第1炉钢水时全部被冲刷进入熔融钢水和渣中而消耗掉。
[0003] 所以，如何防止镁碳砖中的碳在钢包烘烤过程中被氧化，提高镁碳砖的使用寿命， 是急需解决的技术难题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种钢包镁碳砖用保护材料，这种保护材料涂覆在镁碳砖的 表面，有效防止镁碳砖中的碳在钢包烘烤过程中被氧化而破坏其结构强度，延长镁碳砖的 使用寿命。
[0005] 本发明的另一个目的是提供上述钢包镁碳砖用保护材料的应用方法。
[0006] 为了实现以上技术效果，本发明是通过如下技术方案实现：
[0007] -种钢包镁碳砖用保护材料，其特征在于：该保护材料中含有如下重量百分数计 的原料：
[0008]
[0009] 钢包烘烤温度为300°C -500°C，保护材料中的炭黑的氧化，阻止氧气、二氧化碳向 镁碳砖表面的传递。
[0010] 所述炭黑的粒径小于20 μπι，平均粒径为2-5 μπι。优选的，所述炭黑的粒径小于 10 μπι。炭黑的粒径越小，氧化开始温度越低，但是，随着使用原料的粒径变小，分散会变得 困难。如果其粒径大于20 μ m，在二氧化碳气氛中开始氧化温度高，起不到在300°C时，通过 炭黑自身开始氧化来保护镁碳砖中炭质结合剂的目的。
[0011] 优选的，所述炭黑的含量占原料总量的10wt%-17wt%。合适的活性炭黑的含量， 既能保证氧化彻底，又分散均匀，还能保证有足够的炭黑在300°C _500°C温度范围内通过 自身氧化保护镁碳砖中的碳不被氧化，又能在保护材料中分散均匀。
[0012] 碳酸锂和硼酸反应生成低熔点硼酸锂。如果硼酸含量低于2wt%，硼酸锂组分太 低，薄膜软化温度高，不能在500°C左右使活性炭黑氧化形成的孔隙闭合，形成致密的保护 薄膜；如果其含量高于8wt%，在300°C以上时，因过量的氧化硼的挥发导致保护薄膜脱落。 如果碳酸锂的含量低于7wt%，保护材料中残留过量的硼酸，在300°C左右硼酸大量的挥发 将造成保护涂膜的剥落。如果其含量高于24wt %，氧化锂-氧化硼玻璃相软化温度太高，不 利于500°C左右保护膜孔隙的闭合。
[0013] 优选的，硼酸加入量为原料总重量的3wt% _6wt%;碳酸锂的加入量为原料总重量 的 9wt% _17wt%。
[0014] 二氧化钛作为成膜材料组分加入，在高温下与镁碳砖表面的氧化镁形成固溶体， 提高致密保护层的致密性和耐热温度。如果二氧化钛的含量低于3wt%，则保护薄膜的致密 性不好；如果二氧化钛含量高于13wt%，将使保护薄膜的软化温度提高，不利于在50(TC保 护薄膜孔隙的闭合。优选的，二氧化钛的加入量占原料总量的5wt% -10wt%。
[0015] 所述二氧化钛的粒径为0. 5-2 μ m，二氧化钛的粒径过大，其在水溶液中的稳定性 不好，长期放置易产生沉淀分离。
[0016] 所述氮化硼为六方氮化硼，其粒径为1-10 μ m。如果其粒径大于10 μ m，在水溶液 中的稳定性不好，长期放置易产生沉淀分离。粒径小于1 μπι，容易在低温发生氧化。
[0017] 三氧化二铝作为成膜材料组分加入，在高温下与镁碳砖表面的氧化镁形成固溶 体，提高致密保护层的致密性和耐热温度。如果三氧化二铝的含量低于2wt%，则保护薄膜 的致密性不好；如果三氧化二铝含量高于7wt %，在高温下与氧化镁形成镁铝尖晶石，造成 保护层脱落。
[0018] 优选的，所述三氧化二铝的加入量占原料总重量的2wt% _6wt%。
[0019] 氯离子吸附在炭黑的微细孔中，降低炭黑的开始氧化温度。所述氯化物优选为氯 化钠、氯化钙或氯化镁中的一种或几种。在保护材料中，氯化物的含量低于〇. 2wt %，达不到 降低炭黑开始氧化温度的目的；如果其含量高于2wt%，在室温下涂膜不易干燥。优选的， 所述氯化物占原料总量的〇. 5wt %。
[0020] 加入纤维素防止涂膜在干燥过程中开裂、提高涂膜在镁碳砖表面的附着力。如 果其含量低于〇.5wt%，达不到提高涂膜与镁碳砖表面的附着力的目的；如果其含量高于 I. 5wt %，保护涂料流动性不好，施工困难。所述纤维素优选为木质纤维素，纤维长度小于 500 μ m〇
[0021] 加入聚乙二醇可以增加保护材料与油性镁碳砖表面的附着力。如果聚乙二醇含量 低于2wt%，保护材料与镁碳砖的附着力差，容易出现保护材料涂刷不均匀的现象。如果其 含量高于Swt%，在60°C以上由于聚乙二醇熔融会破坏保护材料的连续性。优选的，所述聚 乙二醇占原料总量的4wt% -7wt%。所述聚乙二醇的平均分子量为4000-8000。
[0022] 沥青粉的粒径小于400 μ m。将沥青粉和炭黑混合并加入适量的水、表面活性剂，通 过磨碎至15 μ m以下。
[0023] 优选的，所述表面活性剂为磺酸盐型阴离子表面活性剂。
[0024] 本发明制得的钢包镁碳砖用保护材料为水性悬浮状分散液，其表观粘度为 3200-4000mPa · s〇
[0025] 本发明制备的钢包镁碳砖用保护材料的应用方法，其步骤包括：采用涂刷或喷涂 的方法，在室温下，将钢包镁碳砖用保护材料涂覆在镁碳砖的表面，经干燥，在镁碳砖表面 形成不脱落的保护涂膜层；
[0026] 或直接喷涂在烘烤到200°C的镁碳砖表面形成保护涂膜层。
[0027] 优选的，所述保护材料的喷涂量或涂刷量为0. 8-lkg/m2。
[0028] 本发明的有益效果是：
[0029] 1、本发明的钢包镁碳砖用保护材料在镁碳砖表面形成稳定保护涂膜，该保护涂膜 在室温至500°C的温度范围内因涂膜内自身碳的氧化而减少气氛中的氧气和二氧化碳向镁 碳砖表面传递，大幅降低镁碳砖中碳的氧化；在500°C以上的温度范围内，形成致密保护薄 膜，完全阻止氧气、二氧化碳气体向镁碳砖的渗透。
[0030] 2、所述保护材料能使镁碳砖的消耗降低，延长钢包的使用寿命10-20次，降低了 生产成本。
[0031] 3、所述保护材料既可以在室温下直接涂刷、喷涂在油性镁碳砖表面，也可以在 200°C左右直接喷涂在镁碳砖表面形成保护涂膜，使用非常方便。
【附图说明】
[0032] 图1是涂覆实施例1-6中制备的钢包镁碳砖用保护材料与未涂覆保护材料的镁碳 砖试样脱碳层厚度的对比图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
[0034] 下述实施例中用到的炭黑选择粒径小于10 μπκ平均粒径D50为3 μπι的水性涂 料炭黑；二氧化钛粒径小于2 μπκ平均粒径D50为0. 4 μπι的钛白粉、三氧化二铝粒径小于 0. 5 μ m、纤维素选用纤维长度小于20微米的木质纤维素、沥青粉的粒径小于100 μ m的高温 沥青，氮化硼选用粒径为5 μπι以下的六方晶粉体；其它均使用化学纯药品、水用自制蒸馏 水。
[0035] 实施例1
[0036] 所述钢包镁碳砖用保护材料的原料组分中包含10.0 wt%炭黑，16. Owt%碳酸锂， 5. Owt %硼酸，5. Owt %二氧化钛，4. Owt %三氧化二错，2. Owt %氮化硼，0· 5wt %氯化钙， 1. 5wt%木质纤维素，3. Owt%聚乙二醇，I. 5wt%沥青，2. 5wt%的表面活性剂，49. Owt%水。
[0037] 以保护材料干膜固体组分计算，炭黑20. 6wt %，碳酸锂33. Owt %，硼酸10. 3wt %， 二氧化钛10. 3wt %，三氧化二错8. 2wt %，氮化硼4. Iwt %，氯化妈1.0 wt %，木质纤维素 3. Iwt %，聚乙二醇 6. 2wt %，沥青 3. Iwt %。
[0038] 实施例2
[0039] 钢包镁碳砖用保护材料的原料组分中包含14. Owt %炭黑，13. Owt %碳酸锂， 4. Owt %硼酸，5. Owt %二氧化钛，4. Owt %三氧化二错，2. Owt %氮化硼，0· 5wt %氯化钙， I. 5wt%木质纤维素，3. Owt%聚乙二醇，I. 4wt%沥青，2. Owt%的表面活性剂，50. 6wt%水。
[0040] 以保护材料干膜固体组分计算，炭黑29. 5wt%，碳酸锂27. 4wt%，硼酸8. 4wt%， 二氧化钛10. 5wt %，三氧化二错8. 4wt %，氮化硼4. 2wt %，氯化妈I. Iwt %，木质纤维素 3. 2wt %，聚乙二醇 6. 3wt %，沥青 3. Owt %。
[0041] 实施例3
[0042] 钢包镁碳砖用保护材料的原料组分中包含17. Owt %炭黑，11. Owt %碳酸锂， 3. Owt %硼酸，5. Owt %二氧化钛，4. Owt %三氧化二错，2. Owt