专利名称：一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料的制作方法
技术领域：
本发明属于高温防氧化脱碳涂料技术领域，具体涉及一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料。
背景技术：
钢铁热处理过程中氧化和脱碳的危害非常严重，通常因为钢材加热过程发生氧化造成的烧损率高达0. 5^2. 5%，这种氧化烧损不仅降低了成材率，也会影响钢材的表面质量。在现有防钢铁高温氧化脱碳的方法中，最方便经济的方法是在钢材表面涂覆防氧化脱碳涂料形成保护层，阻止钢材表面在加热时的氧化/脱碳，在随后的冷却过程中使该保护层剥落，降低氧化铁皮的厚度，达到提高成材率，改善钢材表面质量的目的。这也要求所用的涂 料在钢材表面能形成完整致密的防护层，并且在钢材出炉后氧化铁皮和防护还应易于剥落，并尽可能减薄氧化铁皮，使热处理后的钢材表面仍保持原有的金属光泽。对此国内外科研工作者进行了大量的研究。日本新日铁公司研制的铝系防氧化脱碳涂料用于特殊钢，氧化烧损减少了近90% ;美国NALCO化学公司研制的NALC084MB264涂料，能使钢的氧化烧损减少80%左右。国内武钢研制的硅钢板坯加热用防氧化涂料，可降低钢的氧化烧损70% ;包钢研制的高温防氧化钢坯涂料用于低碳钢，涂层可以使钢坯在炉内氧化程度减少40-60%。这些涂料虽然保护效果好，但是价格高，应用的普遍性不高，中国专利CN101760599公布的用于钢坯防氧化涂料，有效地降低了钢板氧化烧损，改善了钢板表面质量。但涂料中的镁铬质由于体积不稳定性，容易造成涂料在使用过程开裂现象，影响涂层的整体性，降低了防氧化效果。中国专利CN1036396以普通镁砂，粘土硅酸盐熔块，工业三氧化二铬和三聚磷酸钠为主要原料的防氧化涂料，在硅钢板上涂覆取得了较好的防氧化烧损效果，但存在的不足是粘土硅酸盐熔块需要预先烧成，且含有价格较高的氧化锆成分，造成工艺复杂，成本较高。专利CN101426938和200610076257. 0的防氧化脱碳涂料虽然都以矿物质为主要原料，但他们分别加入了大量三氧化二铬和氧化锆等高成本原料，增加了其成本。因此研究一种价格便宜、保护效果好的防氧化脱碳涂料具有十分重要的意义。发明目的
本发明为了克服上述技术中的不足，提供了一种基于天然矿物成分的高温防氧化脱碳涂料，该涂料可以直接喷涂在钢材表面形成防护层，能显著降低钢材加热过程中的氧化烧损，改善钢材表面质量,且成本低,制备工艺简单。技术方案
为了达到上述目的，本发明提供一种钢的防氧化脱碳涂料，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下=Al2O3 :15-35wt%、SiO2 :35-55 wt%、Fe2O3:2_12wt%、Mg0:2_10wt%、C 3-10wt%、Na20:5-20wt%、Ca0:0_5wt%、K20:0_5wt%、使最终涂料浆料的密度在 1100 1500kg/m3的水。或者，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下=Al2O3 15-30wt%,SiO2 :35_50wt%、Fe2O3: 2_6wt%、Mg0:2_7wt%、C :3_7wt%、Na2O: 5-15wt%、CaO :0. 5_5wt%、K20:0. 5-5wt%、使最终涂料浆料的密度在110(Tl500kg/m3的水。以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下=Al2O3 :20_30wt%、SiO2 35_45wt%、Fe2O3:3_6wt%、MgO: 3_7wt%、C :3_7wt%、Na20:5_10wt%、CaO: l_5wt%、K2O: l_5wt%、使最终涂料浆料的密度在110(Tl500kg/m3的水。以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下=Al2O3 20-25wt%, SiO2 35_40wt%、Fe2O3:3_5wt%、MgO: 3_6wt%、C 5_7wt%、Na20:10_20wt%、CaO: 2_5wt%、K20:2_5wt%、使最终涂料浆料的密度在110(Tl500kg/m3的水。防氧化脱碳涂料的制备工艺，包括如下步骤
a.按比例称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土和石墨，充分混合后，加入适量的水，放入球磨机的氧化铝球磨罐中，180r/min球磨10分钟；作为优选，所述石墨为片状石墨。b.将球磨的浆料湿态过200目筛，取筛下浆料，加入粘结剂钠水玻璃，并加入剩·余的水，使调节浆料的最终密度在110(Tl500kg/m3。高速搅拌均匀，即得到目标涂料。有益效果
(I)提供上述A1203、SiO2, Fe203、MgO, Na2, CaO, K2O成分的原料是镁铝硅酸盐天然矿物铝矾土，凹凸棒土和钠基膨润土，具有较高的分散性、耐高温性和流变性，并且还具有一定的粘结力，干燥收缩小，不易开裂，价格低廉。是以提供要求的化学成分为最终目的。由于不同矿物原料间成分的差异，选用不同的矿物原料时会有不同的原料配比，前提是满足上述主要化学组分的组成，其它微量组分可忽略不计。而加入的石墨粉是碳源，能起到夺氧的作用，使加热炉内的氧含量明显降低，减少脱碳。同时石墨具有层状结构，有耐高温特性，热膨胀系数很小，且抗热震性能良好，可以减少裂纹的产生。(2)本发明的高温防氧化脱碳涂料，既可喷涂或涂刷在钢铁的表面干燥成膜，又可直接喷涂在高温(1000°c以下)的钢坯表面，在高温作用下，体系水分挥发的同时，涂料中的功能组分与粘结剂在基体表面发生瞬间聚合粘结，从而依靠钢材自身的热量形成了致密的涂层，使钢坯的高温氧化烧损降低55 80%，而不改变钢坯基体的原有性能，大大提高了板坯成材率和产量，经济和社会效益非常可观。(3)本发明的防氧化涂料可适用于多种钢材如普通碳钢和各种合金钢在800^1300°C /2^10小时加热时的防氧化，热处理后涂层极易剥落，金属表面光滑，没有脱碳及合金元素流失现象。在热处理过程中，涂料与基体表面形成致密牢固的保护层，有效地防止了外界氧化性气体的渗透，阻止了基体表面的氧化和脱碳。由于涂层自始至终处于烧结态，体系中的粘结剂经过高温过程牢牢束缚其它的功能组分完好地封闭钢材表面，而在钢坯出炉后瞬间的表面降温过程使得由于涂层基体热膨胀系数的显著不同而致使涂层自燃剥落能力加强。
具体实施例方式以下通过具体实施例更进一步地描述本发明防氧化脱碳涂料的制备过程，但不限于此。实施例I
按干粉料化学成分=Al2O3 15wt%, SiO2 55wt%, Fe2O3: 3wt%, MgO: 3wt%, C 3wt%, Na2O:20wt%, CaO: 0. 5wt%, K2O: 0. 5wt%,分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1100kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。将涂料涂覆于600°C的Q235B钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低60%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。实施例2
按干粉料化学成分A1203 35wt%, SiO2 40wt%, Fe2O3: 5wt%, MgO: 3wt%, C 10wt%,Na2O: 5wt%,Ca0: lwt%,K20: lwt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1500kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。
将涂料涂覆于800°C的30CrMo钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低70%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。实施例3
按干粉料化学成分=Al2O3 20wt%, SiO2 45wt%, Fe2O3: 6wt%, MgO: 7wt%, C 7wt%, Na2O:10wt%, CaO: 2wt%, K2O: 3wt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1400kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。将涂料涂覆于800°C的Q235B钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低70%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。实施例4
按干粉料化学成分Al2O3 :25wt%，SiO2 :50wt %,Fe2O3: 3wt%,Mg0: 3wt%,C 3wt%,Na20:15wt%, CaO: 0. 5wt%, K2O: 0. 5wt%0分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1200kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂。将涂料涂覆于1000°C的30CrMo钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低60%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。实施例5
按干粉料化学成分=Al2O3 30wt%, SiO2 35wt%, Fe2O3: 6wt%, MgO: 6wt%, C 5wt%, Na2O:10wt%, CaO: 4wt%, K2O: 4wt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1300kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。将涂料涂覆于1000°C的Q235B钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低70%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。实施例6
按干粉料化学成分=Al2O3 35wt%, SiO2 45wt%, Fe2O3: 2wt%, MgO: 2wt%, C :5. 5wt%,Na2O: 0. 5wt%, CaO: 5wt%,K20: 5wt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1150kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。将涂料涂覆于900°C的30CrMo钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低75%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。实施例7
按干粉料化学成分A1203 32wt%, SiO2 40wt%, Fe2O3: 12wt%, MgO: 10wt%, C :5. 5wt%,Na2O: 0. 5wt%0分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1350kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。··将涂料涂覆于1000°C的Q235B钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低65%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。本说明书中所描述的实施例，其配方、工艺所取名称等可以不同。凡是依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或超越本权利要求所定义的范围，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，其特征在于，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下A1203 :15-35wt%、Si02 : 35-55 wt%、Fe203:2_12wt%、MgO:2_10wt%、C 3-10wt%、Na20:5-20wt%、Ca0:0_5wt%、K20:0_5wt%、使最终涂料浆料的密度在 1100 1500kg/m3的水；提供成分Al203、Si02、Fe203、Mg0、Na20、Ca0、K20的原料是镁铝硅酸盐天然矿物铝矾土，凹凸棒土和钠基膨润土,碳源是石墨。
2.根据权利要求I所述的基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，其特征在于，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下A1203 :15-30wt%、SiO2 :35-50wt%、Fe2O3:2_6wt%、MgO: 2-7wt%、C :3-7wt%、Na20:5_15wt%、CaO:0. 5_5wt%、K20:0. 5_5wt%、使最终涂料浆料的密度在 110(Tl500kg/m3 的水。
3.根据权利要求I所述的基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，其特征在于，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下A1203 :20-30wt%、SiO2 :35-45wt%、Fe2O3:3_6wt%、MgO: 3-7wt%、C :3-7wt%、Na20:5_10wt%、CaO: l_5wt%、K2O: l_5wt%、使最终涂料浆料的密度在110(Tl500kg/m3 的水。
4.根据权利要求I所述的基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，其特征在于，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下A1203 :20-25wt%、SiO2 :35-40wt%、Fe2O3:3_5wt%、MgO:3-6wt%、C :5-7wt%、Na20:10_20wt%、Ca0:2_5wt%、K20:2_5wt%、使最终涂料浆料的密度在110(Tl500kg/m3 的水。
5.基于权利要求1-4任一项所述的基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤 a.按比例称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土和石墨，充分混合后，加入适量的水，放入球磨机的氧化铝球磨罐中，研磨； b.将球磨的浆料湿态过200目筛，取筛下浆料，加入粘结剂钠水玻璃，并加入剩余的水，使调节浆料的最终密度在110(Tl500kg/m3; c.高速搅拌均匀，即得到目标涂料。
全文摘要
一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下Al2O315-35wt%、SiO235-55wt%、Fe2O3:2-12wt%、MgO:2-10wt%、C3-10wt%、Na2O:5-20wt%、CaO:0-5wt%、K2O:0-5wt%、使最终涂料浆料的密度在1100~1500kg/m3的水。首先按比例称取原料后，加水，球磨机研磨，然后200目筛，加入粘结剂钠水玻璃和水，使调节浆料的最终密度在1100~1500kg/m3。该涂料可以直接喷涂在钢材表面形成防护层，能显著降低钢材加热过程中的氧化烧损，改善钢材表面质量，且成本低，制备工艺简单。
文档编号C09D1/00GK102786822SQ20121029292
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者刘斌, 姚义俊, 楼之栋, 沈国柱, 盛群, 苏义 申请人:南京信息工程大学