抗渣侵耐火材料及其表面原位形成抗渣侵涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金耐火材料技术领域，具体涉及一种借助外电场的作用在耐火材料 表面形成均匀、致密的抗渣侵涂层的方法，实现耐火材料的长寿化。
【背景技术】
[0002] 镁碳砖耐火材料(Mg〇-C)，具有优良的抗渣侵能力、高的抗热震性、良好的导热性 及小的高温蠕变等优点，被广泛应用于钢铁冶金领域，如钢包内衬、转炉炉衬和钢包渣线 等，在全世界许多国家迅速推广应用。但耐火材料作为冶金反应器的内衬材料，受到钢水的 物理冲刷以及炉渣的化学侵蚀，使用寿命显著降低。高温熔渣对耐火材料的侵蚀包括两个 过程：（1)发生在耐火材料与熔渣界面的化学反应；（2)反应产物自界面向熔渣本体的扩 散。由于钢铁生产过程中冶炼不同钢种对炉渣成分的要求也不同，所以单纯降低渣的粘度 不能满足冶炼的工艺要求，应该从耐火材料自身体系出发，选择抗渣性更优的耐火材料种 类比如选择与渣润湿差的含碳耐火材料。
[0003] 相关技术人员尝试将TiN作为添加剂加入镁碳砖中，以提高镁碳砖的抗氧化性能 与抗渣侵蚀性能;但是TiN与镁碳砖相容性差，需要加入一些粘接剂，此方法的副作用远大 于带来的优点，工业应用受到限制。
[0004] 为了提高耐火材料使用寿命，在高温使用过程中对耐火材料表面进行电沉积处 理，形成高熔点的涂层可以提高耐火材料的抗渣侵蚀性能，是一种较为可行的方法。但由于 晶格常数的差异，覆盖层产物形成时会产生体积膨胀效应，造成产物内部应力集中，很容 易从基体脱落，另外当熔渣体系内存在强制对流时，孤立产物很难稳定附着在基体表面，极 易被熔渣本体溶解吸收。因此，提高产物层在镁碳砖表面的附着能力至关重要。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在提供一种在耐火材料表面形成均匀、致密的高熔点涂层的方法，提高 耐火材料抗炉渣侵蚀性能，实现了耐火材料长寿化。
[0006] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤:将无机粉末混合，配 制成炉渣;将炉渣加热熔清，得到熔渣；以耐火材料为负极，以石墨为正极，分别接触熔渣； 将耐火材料与石墨材料通过引线分别连接直流电源的负极、正级；启动电源，调整电压为6 ~12伏，通电15~30分钟，即可在耐火材料表面原位形成抗渣侵蚀涂层;所述无机粉末包括 二氧化硅、碳酸钙、氧化铝。
[0007] 上述技术方案中，为了保持熔渣具有足够的流动性，加热温度为1550~1650°C。
[0008] 上述技术方案中，耐火材料为Mg〇-C砖或AI2O3-C砖，均具有导电性，并可以作为炼 钢钢包衬用材料。
[0009] 上述技术方案中，耐火材料通过钼棒作为引线连接到直流电源的负极。
[0010] 上述技术方案中，石墨材料通过钼棒作为引线连接直流电源的正极。
[0011] 石墨材料为阳极材料，可以为石墨棒、石墨片或者石墨块，如本发明实施例一记 载，MgO-C砖、熔渣、石墨棒、直流电源之间形成电流回路，将MgO-C砖、石墨棒分别用钼棒连 接牢固，缓慢浸入熔渣中，钼棒作为电极引线分别连接在直流电源的负极和正极;从而可以 在连接负极的Mg〇-C砖表面原位形成抗渣侵蚀涂层。可以将耐火材料浸入熔渣中，也可以将 熔渣注入耐火材料钢包中，达到耐火材料与熔渣的接触。
[0012] 本发明中，炉渣成分适合大部分钢种冶炼要求。本发明优选炉渣碱度w(CaO)/w (Si02)=0.9~4.0,炉渣中Al2〇3的质量百分数为15~30%;进一步优选的技术方案中，本发明 的炉渣还包括氧化镁与氟化钙，按质量百分数，炉渣中，Al 2〇3为15~30%，Mg0为0~15%，CaF2 为0~10%。可以克服熔渣熔点较高，不易保持液态，不利于离子移动的问题，从而可以保持在 通电过程中熔渣为液态。
[0013] 上述技术方案中，启动电源，调整电压为6~12伏，通电15~30分钟，即可在耐火材 料表面原位形成抗渣侵蚀涂层。
[0014] 本发明的高温熔渣中包括自由移动的金属阳离子(Ca2+、Mg2+、Al3+)和氧负离子(〇h 和F等)组成，耐火材料作为阴极，以石墨材料作为阳极，当外加电场存在时，熔渣中的金属 离子会被强制向阴极迀移，而氧负离子则向阳极移动，当外加电压超过硅酸根离子的析出 电位时，将发生如下电极反应： 202-+2C -4e -2C0 阳极 Si〇44- +4e - Si ⑴ +402- 阴极 随着阴极附近有单质硅析出，硅酸根离子浓度下降，界面熔渣碱度远高于熔渣本体部 分。随着通电时间的延长，熔渣成分偏移积累到一定程度，达到某固相物质的析出饱和线， 熔渣中将会析出高熔点物质，并在阴极表面原位沉积。沉积层厚度随着外加电压大小、熔渣 成分、通电时间而改变。高熔点沉积层的形成可以抵抗熔渣对内部耐火材料的进一步侵蚀， 降低高温损耗，服役寿命得以延长。
[0015] 本发明还公开了一种抗渣侵耐火材料，所述抗渣侵耐火材料由耐火材料以及位于 所述耐火材料表面的抗渣侵涂层组成;所述抗渣侵涂层的制备方法为将耐火材料和石墨材 料接触熔渣;然后将耐火材料、石墨材料分别连接直流电源的负极、正极;启动电源，调整电 压为6~12伏，通电15~30分钟，即可在耐火材料表面原位形成抗渣侵蚀涂层;所述熔渣由 炉渣加热得到;所述炉渣由二氧化硅、碳酸钙、氧化铝、氧化镁以及氟化钙混合得到或者所 述炉渣由二氧化硅、碳酸钙、氧化铝混合得到;所述耐火材料为Mg〇-C砖或Al 2〇3-C砖;所述抗 渣侵涂层的厚度为0.2~1.5毫米。
[0016] 耐火材料表面即与炉渣接触的一面，在作为钢包内衬材料时，不断被熔渣侵蚀，表 面被腐蚀，脱落杂质颗粒，严重污染钢水，损坏最终钢产品性质，正是现有技术存在的颇需 解决的问题;本发明在耐火材料表面形成抗渣侵蚀涂层，有效防护了熔渣对耐火材料的侵 蚀溶解，避免了杂物颗粒污染钢水，保证最终钢制品的纯正高品质。
[0017] 由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 本发明公开的实施方法简单可控，易于操作，处理时间短，适合工业化生产;并且原料 组成合理、可调，原位合成的抗渣侵涂层的沉积速度快，在耐火材料表面均匀分布，提高耐 火材料的抗侵蚀性能，延长其使用寿命。试验证实：当耐火材料表面形成200μπι以上的均匀 沉积层后，由于沉淀层为尖晶石等高熔点致密物质，隔绝了高温熔渣或钢液与耐火材料的 直接接触，降低了熔渣或钢液向耐火材料微气孔的渗透速度，从而起到良好的保护作用;相 同材质的耐火材料，带有涂层较不带有涂层抗炉渣或钢液侵蚀能力可以提高2~3倍以上。
【附图说明】
[0018] 图1为实施例一中外电场作用下Mg〇-C砖抗渣侵涂层形成的装置示意图； 图2为实施例一中Mg〇-C砖以及处理后Mg〇-C砖表面的XRD图； 图3为实施例一中抗渣侵Mg〇-C砖浸入熔渣后表面形貌图； 图4为实施例二中抗渣侵Mg〇-C砖截面的SEM图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合实施例、附图对本发明作进一步描述： 本实施例所用熔渣的原料组成范围见表1所示。
[0020] 表1实施例选用的熔渣组成，质量分数/%
实施例一 根据表1所示的成分配制碱度