一种转炉氧枪防粘涂料及其制备方法与流程

1.本技术涉及耐火涂料领域，具体涉及一种转炉氧枪防粘涂料及其制备方法。


背景技术：

2.氧枪作为氧气顶吹转炉冶炼工艺的重要设备之一，在顶吹氧气转炉炼钢中，它需要在吹炼时向炉内熔池吹氧及冶炼结束后向炉内熔池吹氮，担负着进行溅渣护炉以保护炉衬的任务。
3.氧枪粘渣是转炉生产炼钢生产过程中普遍存在的现象，在吹炼过程中，氧枪粘渣会导致氧枪散热状况恶化，氧枪喷头容易被烧坏，同时还会造成氧枪升降困难，易拉坏氧枪氮封口，严重时氧枪提不出炉口，影响正常冶炼操作。常规的氧枪除渣的方式有两种：一种是用刮渣器，一种是人工除渣。但是，在转炉实际运行时，钢渣与氧枪的粘接强度较高，有时甚至会粘钢，导致刮渣器刮除困难，人工清除劳动强度增大，此时这两种方式都存在着一定的安全隐患，因此催生了氧枪防粘渣涂料材料。使用时将涂料喷涂或粉刷到氧枪内，氧枪工作结束后，再次升温时，涂料表面将粉化，从而在渣和氧枪壁之间形成脱离层，粘渣即随涂料一同脱落。
4.相关技术中，以有机物为原料制得的氧枪防粘耐火涂料，在混合均匀后采用冷喷涂的方式涂粘在氧枪表面，但是，当氧枪遇高温环境时，因涂料固化不彻底，容易出现涂层鼓泡、开裂等现象，无法满足使用要求。


技术实现要素：

5.为了改善转炉氧枪内涂层因固化不彻底而出现鼓泡开裂等现象，本技术提供一种转炉氧枪防粘涂料及其制备方法。
6.第一方面，本技术提供的一种转炉氧枪防粘涂料，采用如下的技术方案：一种转炉氧枪防粘涂料，原料包括粉料和液体结合剂，所述粉料和液体结合剂质量用量比为1：(2-3.5)；所述粉料包括以下重量份的组分：碳酸钙粉15-30份，耐火添加剂46-83份，增稠剂6-11份，分散剂6-10份，石墨5-15份，防沉降剂1-4份；所述液体结合剂为水玻璃、磷酸盐、溶胶中的至少一种。
7.通过采用上述技术方案，液体结合剂具有遇热固化的特点，将制得的涂料喷涂在氧枪内壁上，涂料遇热快速固化，形成隔离层，因此减少了固化不彻底对涂料稳定性的影响；进一步的，采用水玻璃、磷酸盐或溶胶中的至少一种作为液体结合剂，其粘性可以提高组分之间的结合力，使涂料均匀性，稳定性更好。同时，粉料中加入碳酸钙，碳酸钙高温下自动分解，涂料层表面粉化，有利于炉渣脱落。液体结合剂具有一定的粘度，在液体结合剂与防沉降剂和分散剂的共同作用下，粉料中各组分可以在液体结合剂中均匀分散，悬浮性很好，从而使涂料固化效果更好，减少鼓泡开裂等现象，粘渣第一次出现较晚且粘渣易随涂料脱落。
8.优选的，所述防沉降剂包括以下重量份的组分：十二烷基苯磺酸钙0.5-2份，木质素磺酸钙0.5-2份。
9.通过采用上述技术方案，十二烷基苯磺酸钙和木质素磺酸钙是一种表面活性剂，将十二烷基苯磺酸钙、木质素磺酸钙加入到涂料中，十二烷基苯磺酸钙和木质素磺酸钙和其他组分相互作用，可以起到良好的防沉降作用，提高涂料的稳定性；同时，木质素磺酸钙在液体结合剂中还具有很好的分散性。
10.优选的，所述分散剂包括以下重量份的组分：硅微粉3-5份，石英粉3-5份。
11.通过采用上述技术方案，采用硅微粉和石英粉作为分散剂，有助于粉料在液体结合剂中的搅拌均匀性，进一步使涂料在液体结合剂中均匀分散，增强了涂料的稳定性；同时硅微粉和石英粉的加入提高了涂料的耐高温性。
12.优选的，所述增稠剂包括以下重量份的组分：胶粉1-3份，生粘土5-8份。
13.通过采用上述技术方案，采用胶粉和生粘土作为增稠剂，可以使涂料具有较强的粘结性提高组分之间的结合力，从而粉料在液体结合剂中的均匀性更加持久。
14.优选的，所述水玻璃的模数为2.2-3.0，波美度为38-45度。
15.通过采用上述技术方案，水玻璃模数和波美度在上述范围时，水玻璃的粘度较为合适，有利于涂料的稳定性；在此范围下粉料在水玻璃中分散均匀性较好，有利于涂料的遇热固化效果。
16.优选的，所述溶胶为硅胶，其中二氧化硅重量含量在25-40％。
17.通过采用上述技术方案，采用二氧化硅含量在25-40％的硅胶，有利于粉料在硅胶中均匀分散，且此范围下，粉料与硅胶混合所得的涂料遇热固化速度块，不易鼓泡。
18.优选的，所述耐火添加剂包括以下重量份的组分：矾土15-30份，铝碳质耐火砖粉30-50份，氧化铬绿1-3份。
19.通过采用上述技术方案，由于采用矾土、铝碳质耐火砖粉和氧化铬绿作为耐火添加剂，提高了涂料的耐火性能；并且矾土、铝碳质耐火砖粉在液体结合剂中分散效果较好，有利于涂料的均匀性；同时，氧化铬绿的加入可以提高涂料的抗渣侵蚀能力，涂料喷涂一次，可以反复使用多次。
20.优选的，所述矾土、铝碳质耐火砖粉的粒度为《320目，所述的碳酸钙粉、生粘土、石英粉的粒度为《200目。
21.通过采用上述技术方案，此粒径范围下所得的粉料，在液体结合剂中分散均匀性更好，有利于涂料的固化效果。
22.优选的，所述粉料还包括重量份为0.06-0.1份的改性碳纳米管；所述改性碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管加入到硝酸溶液进行超声波分散得到分散液，加热分散液使其反应，然后对分散液进行过滤洗涤，烘干得到纯化碳纳米管；将纯化的碳纳米管与聚乙烯基吡咯烷酮混合并超声搅拌，然后经过滤后进行清洗干燥，得到改性碳纳米管。
23.通过采用上述技术方案，在粉料中添加改性碳纳米管，在粉料混合时，粉料中其他组分可以更好的吸附在碳纳米管表面，通过液体结合剂与改性碳纳米管配合可使粉料中各组分在液体结合剂中更加均匀的分散，同时，碳纳米管良好的导热性，有助于氧枪工作结束
时，碳酸钙的受热粉化，涂料层更易脱落，氧枪内壁不易脱渣；由于碳纳米管本身易团聚，将具有亚甲基和内酰胺的两亲性聚合物聚乙烯基吡咯烷酮引入到碳纳米管表面，聚乙烯基吡咯烷酮良好的溶解性可以明显提高碳纳米管在液体结合剂中的分散性。
24.第二方面，本技术提供一种转炉氧枪防粘涂料的制备方法，采用如下的技术方案：一种转炉氧枪防粘涂料的制备方法，包括以下步骤：制备粉料：将碳酸钙粉、耐火添加剂、增稠剂、分散剂、石墨和防沉降剂进行搅拌混合，得到粉料；制备涂料：将制得的粉料与所述液体结合剂搅拌混合，得到涂料。
25.通过采用上述技术方案，将粉料中各组分搅拌混合，可以得到各部分混合均匀的粉料；将混合均匀的粉料与液体结合剂进行混合，更有利于发挥分散剂和防沉降剂的作用，使粉料在液体混合剂中更加均匀和稳定，不易发生沉降；同时可以次液态浆体供货，使用时直接喷涂到设备上，更加便捷。
26.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、液体结合剂具有遇热固化的特点，将制得的涂料喷涂在氧枪内壁上，涂料遇热快速固化，减少了固化不彻底而引起的对涂料稳定性的影响；采用水玻璃、磷酸盐或溶胶中的至少一种作为液体结合剂，其粘性可以提高组分之间的结合力，使涂料均匀性，稳定性更好。同时，粉料中加入碳酸钙，碳酸钙高温下自动分解，涂料层表面粉化，有利于炉渣脱落。在液体结合剂与防沉降剂和分散剂的共同作用下，粉料中各组分可以在液体结合剂中均匀分散，悬浮性很好，从而使涂料固化效果更好，减少鼓泡开裂等现象。
27.2、十二烷基苯磺酸钙和木质素磺酸钙具有防沉降作用，在防沉降剂与液体结合剂配合，可以防止粉料在液体结合剂中的沉降，有利于增强涂料的稳定性；同时，木质素磺酸钙在液体结合剂中还具有很好的分散性。
28.3、采用水玻璃作为液体结合剂，水玻璃模数在2.2-3.0，波美度38-45度范围时，水玻璃的粘度较大，此范围下粉料在水玻璃中分散均匀性较好，有利于涂料的遇热固化效果。
具体实施方式
29.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
30.铝碳质耐火砖粉为铝碳质滑板磨制后沉降池回收粉；生粘土选自苏州土、广西泥等软质粘土，本具体实施方式中优选广西泥；磷酸盐选用磷酸二氢铝；胶粉为801胶粉，选用自上海中天化工有限公司；碳纳米管cas号1333-86-4，碳纯度60-70％，选自先丰纳米。实施例
31.实施例1一种转炉氧枪防粘涂料，原料包括粉料和液体结合剂；粉料包括以下组分：碳酸钙粉15千克，耐火添加剂51.5千克，增稠剂9.5千克，分散剂8千克，石墨15千克，防沉降剂1千克；液体结合剂为模数2.8，波美度40度的水玻璃220千克。
32.其中，耐火添加剂包括：矾土15千克，铝碳质耐火砖粉35.5千克，氧化铬绿1千克，
矾土和铝碳质耐火砖粉均过小于320目的筛；增稠剂包括：胶粉1.5千克，生粘土8千克，生粘土过小于200目的筛；分散剂包括：硅微粉3千克，石英粉5千克，石英粉过小于200目的筛；防沉降剂包括：十二烷基苯磺酸钙0.5千克，木质素磺酸钙0.5千克。
33.本实施例还公开了一种转炉氧枪防粘涂料的制备方法，包括以下步骤：制备粉料：将碳酸钙粉、耐火添加剂、增稠剂、分散剂、石墨和防沉降剂加入干粉搅拌器内，在转速480r/min下搅拌15分钟，得到粉料；制备涂料：将制得的粉料与液体结合剂加入泥浆搅拌罐内，在转速600r/min下搅拌40分钟，得到涂料。
34.实施例2-7实施例2-7与实施例1的不同之处在与，各组分含量不同，实施例2-7与实施例1的区别如表1所示。
35.表1实施例1-7的原料各组分含量(单位：千克)
实施例8
本实施例与实施例7的不同之处在于：将水玻璃替换为等量的磷酸二氢铝。
36.实施例9本实施例与实施例7的不同之处在于：将水玻璃替换为等量的硅溶胶，其中硅溶胶中二氧化硅质量浓度为35％。
37.实施例10本实施例与实施例7的不同之处在于：将水玻璃替换为等量的硅溶胶，其中硅溶胶中二氧化硅质量浓度为25％。
38.实施例11本实施例与实施例7的不同之处在于：将水玻璃替换为等量的硅溶胶，其中硅溶胶中二氧化硅质量浓度为40％。
39.实施例12本实施例与实施例7的不同之处在于：将水玻璃替换为等量的硅溶胶，其中硅溶胶中二氧化硅质量浓度为22％。
40.实施例13本实施例与实施例7的不同之处在于：将水玻璃替换为等量的硅溶胶，其中硅溶胶中二氧化硅质量浓度为43％。
41.实施例14本实施例与实施例7的不同之处在于：将木质素磺酸钙替换为等量的十二烷基苯磺酸钙。
42.实施例15本实施例与实施例7的不同之处在于：将十二烷基苯磺酸钙替换为等量的木质素磺酸钙。
43.实施例16本实施例与实施例7的不同之处在于：矾土为16.8千克，十二烷基苯磺酸钙为1.7千克，木质素磺酸钙为0.6千克。
44.实施例17本实施例与实施例7的不同之处在于：矾土为16.9千克，十二烷基苯磺酸钙为0.8千克，木质素磺酸钙为1.4千克。
45.实施例18本实施例与实施例7的不同之处在于：矾土为17.7千克，十二烷基苯磺酸钙为0.8千克，木质素磺酸钙为0.6千克。
46.实施例19本实施例与实施例7的不同之处在于：将模数2.8，波美度40的水玻璃替换为等量的模数2.2，波美度44度的水玻璃。
47.实施例20本实施例与实施例7的不同之处在于：将模数2.8，波美度40的水玻璃替换为等量的模数2.8，波美度44的水玻璃。
48.实施例21本实施例与实施例7的不同之处在于：将模数2.8，波美度40的水玻璃替换为等量
的模数2.2，波美度40的水玻璃。
49.实施例22本实施例与实施例7的不同之处在于：粉料还包括改性碳纳米管0.06千克；将改性碳纳米管与粉料中其他组份混合即得粉料。
50.改性碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管与质量分数为30％的硝酸溶液按照质量比1:100混合，再用频率为40khz的超声波分散30min，得到分散液，分散液在50℃下，转速1000r/min下搅拌24h,然后用0.2μm的多孔膜过滤、蒸馏水洗涤至滤液为中性，在100℃下烘干24h即得纯化碳纳米管；将纯化的碳纳米管与浓度为10mg/ml的聚乙烯基吡咯烷酮按照质量比4:1混合，然后利用频率为40khz超声波辅助分散，并在温度30℃，转速1000r/min下反应2h，然后用0.2μm的多孔膜过滤、洗涤至滤液为中性，在100℃下烘干24h得到改性碳纳米管。
51.实施例23本实施例与实施例22的不同之处在于：改性碳纳米管为0.1千克。
52.实施例24本实施例与实施例22的不同之处在于：改性碳纳米管为0.08千克。
53.实施例25本实施例与实施例22的不同之处在于：将改性碳纳米管替换为等量的碳纳米管。
54.对比例对比例1将水玻璃替换为等量的耐火水泥。
55.对比例2本对比例与实施例7的不同之处在于：将防沉降剂替换为等量的矾土。
56.对比例3本对比例与实施例7的不同之处在于：粉料和液体结合剂质量用量比为1：3.6。
57.对比例4本对比例中涂料包括以下重量份的原料：铝碳质耐火砖粉70-85千克，膨润土9-15千克，硅灰石粉5-15千克，石墨细粉0-3千克，三聚磷酸钠0.5-3.5千克，羧甲基纤维素0.01-2千克，水100千克；本对比例中涂料的制备方法包括以下步骤:将原料各组分混合均匀，即可得涂料。
58.性能检测试验用铁刷将氧枪表面灰尘、铁锈等清理、打磨干净；取等量的实施例1-25和对比例1-4所得的涂料，将涂料均匀喷涂在氧枪表面，不能存在漏刷之处，喷涂中应防止涂料洒在地上，保证刷好之后再投入使用；氧枪每次工作时间20min,工作温度1600℃；氧枪使用结束后，由同一人操作，观察氧枪粘渣情况，记录第一次出现粘渣时氧枪的使用次数。在第一次出现粘渣后，再次升温使涂料粉化，取出涂料粉化自动掉下的渣，记录自动掉渣量a1；轻敲氧枪内壁，取出敲击掉渣并记录敲击掉渣量a2，最后，将所有附着的渣刮下，记录刮渣量a3，经计算即可得出脱渣率，脱渣率计算公式如下：
脱渣率＝(a1+a2)/(a1+a2+a3)。
59.检测结果如表2所示(采用5组实验平均值)。
60.表2涂料使用情况记录
与对比例1相比，实施例7-9的涂料使用后，粘渣出现较晚，且脱渣率明显高于对比例1，说明选用水玻璃、磷酸盐或溶胶作为液体结合剂，涂料的固化效果更好，粘渣更易除去。
61.与对比例2相比，实施例7的涂料使用后，脱渣率有所提高，说明添加木质素磺酸钙和十二烷基苯磺酸钙等防沉降剂，提高了粉料中各组分再液体结合剂中的分散性，涂料固化效果更好，粘渣更易去除。
62.与对比例3相比，实施例7的涂料使用后，脱渣率有所提高，说明粉料和液体结合剂质量用量比为1：(2-3.5)时，所得涂料的固化效果更好，此时粘渣更易除去。
63.与对比例4相比，实施例1-25的涂料使用后，第一次出现脱渣的时间延迟，同时，脱渣率提高，说明按本技术所得涂料更容易脱渣，。
64.与实施例7相比，实施例16和实施例17脱渣率降低，说明木质素磺酸钙和十二烷基苯磺酸钙均对粉料在液体结合剂中的分散效果产生影响；与实施例16和实施例17相比，实施例18中脱渣率更低，说明木质素磺酸钙和十二烷基苯磺酸钙搭配使用，对涂料的均匀性更加有益，涂料的固化效果更好。
65.与实施例19-21相比，实施例7中粘渣出现较晚，且脱渣率更高，说明粘渣较易除去。水玻璃的模数和波美度均会影响涂料的固化效果，在水玻璃的模数为2.2-3.0，波美度为38-45度时，液体结合剂粘度更合适，粉料的稳定性更强，且在涂料中均匀性更好。
66.与实施例12-13相比，实施例9-11中粘渣出现较晚，且脱渣率明显提高，说明硅溶胶中二氧化硅质量含在25％-40％时，粉料在液体结合剂中固化效果更好。
67.与实施例7相比，实施例25中脱渣率没有明显提高，说明加入未改性的石墨烯并未改善所得涂料的均匀性，对脱渣情况影响不大。然而与实施例7相比，实施例22-24中氧枪出现第一次粘渣较晚，且脱渣率有较大幅度提高，说明添加改性碳纳米管的涂料，通过液体结合剂与改性碳纳米管配合可使粉料中各组分在液体结合剂中更加均匀的分散，且由于碳纳米管良好的导热性，有助于氧枪工作结束时，碳酸钙的受热粉化，从而粘渣更易除去。
68.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。