一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法

文档序号:3741431阅读:453来源:国知局
专利名称:一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域,具体涉及一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法。
背景技术
帘线钢作为一种精品钢,由于其工作条件及安全性能的要求,对钢的纯净度要求 很高,必须严格控制夹杂物组成,如一股不允许有> 30 μ m的夹杂物存在,特别是Al2O3及铝 酸钙类夹杂物因不具可塑性,亦不允许存在。因此,耐火材料的合理选择是保证钢材质量的
重要因素。镁碳砖因其良好的抗渣侵蚀和渗透性、抗热震性而被应用于帘线钢冶炼钢包。但 其最大问题是,镁碳砖含有高温下容易氧化的石墨和结合剂酚醛树脂,800 iioo°c烘烤 后,必然产生碳氧化而出现明显的脱碳层,导致材料组织结构疏松,强度降低。在熔渣侵蚀 和机械冲刷等作用下,氧化镁颗粒逐渐被熔蚀、脱落而损毁,从而影响其使用寿命。因此,在 使用过程中如何降低其氧化速度,对延长其使用寿命,降低吨钢耐火材料消耗具有重要意 义。为了提高含碳耐火材料抗氧化性,通常采用的方法有添加抗氧化剂法、气氛保护 法和涂层隔离法等。对于钢包镁碳砖来说,气氛保护法不现实,添加抗氧化剂法不能很好地 解决抗氧化问题,相比之下,涂层隔离法可以实现较高温度下材料的抗氧化,是含碳材料抗 氧化最有效的手段。在制备含碳材料抗氧化涂层方面,相关的改进技术较多,如“铝炭耐火材料防 氧化涂料及其制备”(CN1066078)专利技术、‘“铝碳耐火材料制品防氧化涂层制备方 法”(CN101475403A)专利技术和“一种含碳耐火材料防氧化涂料”(CN1670092A)专利技术 等。虽然上述专利技术均不同程度提高了含碳材料的防氧化能力,但其制备工艺比较复杂, 生产成本也较高,所制备的涂层组成中都含有Al2O3的组分,这将会导致钢水增铝,显著影 响帘线钢钢材的质量。

发明内容
本发明旨在克服已有技术缺陷,目的是提供一种工艺简单、成本低廉、在500°C 1200°C范围内成釉的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法。为实现上述目的,本发明采用的技术方案是先将40 60wt %的硼玻璃、5 20wt %的SiC、20 35wt %的熔融石英、1 5wt %的Mg0、5 IOwt %的CaO和0. 1 0. 3wt%的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料20 40wt%的硅溶胶或40 60wt%的液 体水玻璃,再外加上述混合料50 60wt%的水,混磨20 40分钟,制成抗氧化涂料。然后将制成的抗氧化涂料均勻地涂刷在镁碳砖的表面,自然干燥,于110°C条件下 烘干;最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中,升温至1150 1250°C,保温20 40分钟,制得 镁碳砖无铝抗氧化涂层。
其中SiC纯度彡93%,粒径小于0.088mm;熔融石英纯度> 99%,粒径小于 0. 088mm ;硼玻璃的粒径小于0. 088mm,其主要化学成分是Si02为20 30wt %,B2O3为40 50wt%, Na2O 为 10 20wt% ;CaO 纯度> 98%,粒径小于 0. 088mm ;MgO 纯度> 95%,粒径 小于0. 088mm ;硅溶胶的SiO2含量为25 35%,pH值为9 10 ;液体水玻璃模数为3. 2 3. 5,比重为 1. 32 1. 38。由于采用上述技术方案,本发明以SiC、熔融石英和硼玻璃为主要原料,制得无铝 抗氧化涂料。将制备好的无铝抗氧化涂料均勻地涂刷在镁碳砖表面,经干燥、烘干和高温烧 成,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层在相对较低的温度下(约低于50(TC),硼玻璃首 先熔化,在镁碳砖表面铺展,通过镁碳砖表面的气孔和裂纹向其内部渗透和扩散,从而起到 阻止氧气进入的作用。随着温度升高,SiC细粉开始氧化形成SiO2,并和硼玻璃互溶,使玻 璃相粘度和软化点提高,而未氧化的SiC及熔融石英均勻钉扎在玻璃相中,阻止涂层升温、 冷却裂纹的形成和扩展,在砖体表面形成使用温度可达到1200°C的致密无铝保护层,从而 隔绝空气,提高材料整体致密度。且由于涂层玻璃相对镁碳砖基体的保护作用,使得镁碳砖 的强度也相对提高。本发明与现有技术相比具有以下优点所需原料价格低廉,实施工艺简单,易于规 模化生产;经过涂层处理的镁碳砖试样表面致密,未发现裂纹、空洞等缺陷涂层与镁碳砖 基体之间结合性能良好;本发明的防氧化涂层工作温度为500°c 1200°C,在这一温度范 围内呈现熔融状态,涂层具有良好的防氧化性能。总之,本发明所制备的镁碳砖无铝抗氧化涂层生产成本低廉,成釉温度范围较宽, 涂层致密,采用本发明处理过的镁碳砖具有优异的抗氧化性能。且不含铝的特性满足帘线 钢冶炼工艺要求。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的描述,并非对其保护范围的限制为避免重复,先将本具体实施方式
所涉及到的技术参数统一描述如下,实施例中 不再赘述SiC纯度彡93%,粒径小于0. 088mm ;熔融石英纯度> 99%,粒径小于0. 088mm ; 硼玻璃的粒径小于0. 088mm,其主要化学成分是Si02为20 30wt% ,B2O3为40 50wt%, Na2O为10 20wt % ;CaO纯度> 98 %,粒径小于0. 088mm ;MgO纯度> 95 %,粒径小于 0. 088mm ;硅溶胶的SiO2含量为25 35%,pH值为9 10 ;液体水玻璃模数为3. 2 3. 5, 比重为1. 32 1. 38。实施例1一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法先将40 45wt %的硼玻璃、10 15wt %的SiC、30 35wt %的熔融石英、1 3wt %的Mg0、5 8wt %的CaO和0. 1 0. 15wt%的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料20 25wt%的硅溶胶和50 55衬%的 水,混磨20 40分钟,制成抗氧化涂料。然后将制成的抗氧化涂料均勻地涂刷在镁碳砖的 表面,自然干燥,于110°C条件下烘干,烘干时间彡8h。最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中, 升温至1150 120(TC,保温20 40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层,表面致密,未发现裂纹和空洞等缺陷,即为 镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固,切开镁碳砖,内部无氧化痕迹。
经检测本实施例1所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖,12000C X0. 5h后耐 压强度为45. 5 50. 2MPa,氧化失重率为4. 9 5. 5%;未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖 的耐压强度为26. 7 32. 8MPa,氧化失重率为13. 78 15. 20%。实施例2一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法先将45 50wt %的硼玻璃、10 15wt %的SiC、25 30wt %的熔融石英、2 4wt %的Mg0、7 IOwt %的CaO和0. 2 0. 25wt%的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料25 30wt%的硅溶胶和55 60衬%的 水,混磨20 40分钟,制成抗氧化涂料。然后将制成的涂料均勻地涂刷在镁碳砖表面,自 然干燥,于110°C条件下烘干,烘干时间> 8h ;最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中,升温至 1200 1250°C,保温20 40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。 烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层,表面致密,未发现裂纹和空洞等缺陷,即为 镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固,切开镁碳砖,内部无氧化痕迹。经检测本实施例2中所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖,12000C X0. 5h后 耐压强度为38. 0 49. 5MPa,氧化失重率为4. 1 9. 5%;未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳 砖的耐压强度为26. 7 32. 8MPa,氧化失重率为13. 78 15. 20%。实施例3一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法先将50 55wt %的硼玻璃、15 20wt %的SiC、20 25wt %的熔融石英、2 4wt %的Mg0、5 7wt %的CaO和0. 25 0. 3wt %的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料30 35wt %的硅溶胶和50 55wt %的水, 混磨20 40分钟,制成无铝抗氧化涂料。然后将制成的涂料均勻地涂刷在镁碳砖表面,自 然干燥,于110°C条件下烘干,烘干时间> 8h ;最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中,升温至 1150 120(TC,保温20 40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层,表面致密,未发现裂纹和空洞等缺陷,即为 镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固,切开镁碳砖,内部无氧化痕迹。经检测本实施例3所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖,12000C X0. 5h后耐 压强度为39. 5 50. 6MPa,氧化失重率为5. 10 5. 25% ;未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳 砖的耐压强度为26. 7 32. 8MPa,氧化失重率为13. 78 15. 20%。实施例4一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法先将55 60wt%的硼玻璃、5 10wt% 的 SiC、25 30wt% 的熔融石英、3 Mg0、6 CaO 和 0. 15 0. 羧甲基纤维素混合,外加上述混合料35 40wt %的硅溶胶和55 60wt %的水,混磨20 40分钟,制成无铝抗氧化涂料。然后将制成的无铝抗氧化涂料均勻地涂刷在镁碳砖的表面, 自然干燥,于110°C条件下烘干,烘干时间彡8h,最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中,升温 至1200 1250°C,保温20 40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层,表面致密,未发现裂纹和空洞等缺陷,即为 镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固,切开镁碳砖,内部无氧化痕迹。经检测本实施例4所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖,1200°C X0. 5h的耐 压强度为46. 7 52. 8MPa,氧化失重率为3. 3 6. 5%;未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖 的耐压强度为26. 7 32. 8MPa,氧化失重率为13. 78 15. 20%。
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实施例5一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法先将40 45wt %的硼玻璃、10 15wt %的SiC、30 35wt %的熔融石英、1 3wt %的Mg0、5 8wt %的CaO和0. 1 0. 15wt%的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料40 45wt%的液体水玻璃和上述混合料 50 55wt%的水,混磨20 40分钟,制成抗氧化涂料。然后将制成的抗氧化涂料均勻地 涂刷在镁碳砖的表面,自然干燥,于110°c条件下烘干,烘干时间> 8h。最后将烘干的镁碳 砖置于高温炉中,升温至1150 120(TC,保温20 40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层,表面致密,未发现裂纹和空洞等缺陷,即为 镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固,切开镁碳砖,内部无氧化痕迹。经检测本实施例5所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖,12000C X0. 5h后耐 压强度为51. 6 52. 8MPa,氧化失重率为4. 17 4. 96%。未有无铝抗氧化涂层的相同镁 碳砖的耐压强度为26. 7 32. 8MPa,氧化失重率为13. 78 15. 20%。实施例6一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法先将45 50wt %的硼玻璃、10 15wt %的SiC、25 30wt %的熔融石英、2 4wt %的Mg0、7 IOwt %的CaO和0. 2 0. 25wt%的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料45 50wt%的液体水玻璃和上述混合料 55 60wt%的水,混磨20 40分钟,制成抗氧化涂料。然后将制成的涂料均勻地涂刷在 镁碳砖表面,自然干燥,于110°C条件下烘干,烘干时间> 8h ;最后将烘干的镁碳砖置于高 温炉中,升温至1200 1250°C,保温20 40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层,表面致密,未发现裂纹和空洞等缺陷,即为 镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固,切开镁碳砖,内部无氧化痕迹。经检测本实施例6所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖,12000C X0. 5h后耐 压强度为45. 9 49. 8MPa,氧化失重率为3. 85 10. 12% ;未有无铝抗氧化涂层的相同镁 碳砖的耐压强度为26. 7 32. 8MPa,氧化失重率为13. 78 15. 20%。实施例7一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法先将50 55wt %的硼玻璃、15 20wt %的SiC、20 25wt %的熔融石英、2 4wt %的Mg0、5 7wt %的CaO和0. 25 0. 3wt%的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料50 55wt%的液体水玻璃和上述混合料 50 55wt%的水,混磨20 40分钟,制成无铝抗氧化涂料。然后将制成的涂料均勻地涂 刷在镁碳砖表面,自然干燥,于110°c条件下烘干,烘干时间> 8h ;最后将烘干的镁碳砖置 于高温炉中,升温至1150 120(TC,保温20 40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。
烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层,表面致密,未发现裂纹和空洞等缺陷,即为 镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固,切开镁碳砖,内部无氧化痕迹。经检测本实施例7所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖1200°C X0. 5h后耐 压强度为45. 9 51. 8MPa,氧化失重率为4. 79 8. 32%;未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳 砖的耐压强度为26. 7 32. 8MPa,氧化失重率为13. 78 15. 20%。实施例8一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法先将55 60wt%的硼玻璃、5 10wt% 的 SiC、25 30wt% 的熔融石英、3 Mg0、6 CaO 和 0. 15 0.羧甲基纤维素混合,外加上述混合料55 60wt %的液体水玻璃和上述混合料55 60wt % 的水,混磨20 40分钟,制成无铝抗氧化涂料。然后将制成的无铝抗氧化涂料均勻地涂刷 在镁碳砖的表面,自然干燥,于110°C条件下烘干,烘干时间> 8h,最后将烘干的镁碳砖置 于高温炉中,升温至1200 1250°C,保温20 40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层,表面致密,未发现裂纹和空洞等缺陷,即为 镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固,切开镁碳砖,内部无氧化痕迹。经检测本实施例8所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖1200°C X0. 5h的耐 压强度为47. 5 52. 7MPa,氧化失重率为3. 23 6. 15%;未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳 砖耐压强度为26. 7 32. 8MPa,氧化失重率为13. 78 15. 20%。本具体实施方式
以SiC、熔融石英、硼玻璃为主要原料,制得无铝抗氧化涂料。将制 备好的无铝抗氧化涂料均勻地涂刷在镁碳砖表面,经干燥、烘干和高温烧成,制得镁碳砖无 铝抗氧化涂层。该涂层在相对较低的温度下(约低于50(TC),硼玻璃首先熔化,在镁碳砖 表面铺展,通过镁碳砖表面的气孔和裂纹向其内部渗透和扩散,从而起到阻止氧气进入的 作用。随着温度升高,SiC细粉开始氧化形成SiO2,并和硼玻璃互溶,使玻璃相粘度和软化 点提高,而未氧化的SiC及熔融石英均勻钉扎在玻璃相中,阻止涂层升温、冷却裂纹的形成 和扩展,在砖体表面形成使用温度可达到120(TC的致密无铝保护层,从而隔绝空气,提高材 料整体致密度。且由于涂层玻璃相对镁碳砖基体的保护作用,使得镁碳砖的强度也相对提 尚ο本具体方式与现有技术相比具有以下优点所需原料价格低廉,实施工艺简单,易 于规模化生产;经过涂层处理的镁碳砖试样表面致密,未发现裂纹、空洞等缺陷涂层与镁 碳砖基体之间结合性能良好;本发明的防氧化涂层工作温度为500°C 1200°C,在这一温 度范围内呈现熔融状态,涂层具有良好的防氧化性能。总之,本发明所制备的镁碳砖无铝抗氧化涂层生产成本低廉,成釉温度范围较宽, 涂层致密,采用本发明处理过的镁碳砖具有优异的抗氧化性能。且不含铝的特性满足帘线 钢冶炼工艺要求。
权利要求
一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法,其特征在于先将40~60wt%的硼玻璃、5~20wt%的SiC、20~35wt%的熔融石英、1~5wt%的MgO、5~10wt%的CaO和0.1~0.3wt%的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料20~40wt%的硅溶胶或40~60wt%的液体水玻璃,再外加上述混合料50~60wt%的水,混磨20~40分钟,制成抗氧化涂料。然后将制成的抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖的表面,自然干燥,于110℃条件下烘干;最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中,升温至1150~1250℃,保温20~40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。
2.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法,其特征在于所述的SiC 纯度彡93%,粒径小于0. 088mm。
3.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法,其特征在于所述的熔融 石英纯度> 99%,粒径小于0. 088mm。
4.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法,其特征在于所述的硼玻 璃的主要化学成分是=SiO2为20 30wt%,B2O3为40 50wt%,Na2O为10 20wt% ;粒 径小于0. 088mm。
5.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法,其特征在于所述的CaO 纯度> 98%,粒径小于0. 088mm。
6.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法,其特征在于所述的MgO 纯度> 95%、粒径小于0. 088mm。
7.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法,其特征在于所述的硅溶 胶的SiO2含量为25 35%,PH值为9 10。
8.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法,其特征在于所述的液体 水玻璃模数为3. 2 3. 5,比重为1. 32 1. 38。
全文摘要
本发明具体涉及一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法。其技术方案是先将40~60wt%的硼玻璃、5~20wt%的SiC、20~35wt%的熔融石英、1~5wt%的MgO、5~10wt%的CaO和0.1~0.3wt%的羧甲基纤维素混合,外加上述混合料20~40wt%的硅溶胶或40~60wt%的液体水玻璃,再外加上述混合料50~60wt%的水,混磨20~40分钟,制成抗氧化涂料。然后将制成的抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖的表面,自然干燥,于110℃条件下烘干;最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中,升温至1150~1250℃,保温20~40分钟,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。本发明具有工艺简单、成本低廉的特点,能在500℃~1200℃范围内成釉,制得镁碳砖无铝抗氧化涂层具有良好的防氧化性能。
文档编号C09D1/02GK101928480SQ201010274330
公开日2010年12月29日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者李维锋, 胡开艳, 顾华志 申请人:武汉科技大学
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