一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法
2023-12-05 19:33:36 1
專利名稱：一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法
技術領域：
本發明屬於耐火材料技術領域，具體涉及一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法。
背景技術：
簾線鋼作為一種精品鋼，由於其工作條件及安全性能的要求，對鋼的純淨度要求 很高，必須嚴格控制夾雜物組成，如一股不允許有> 30 μ m的夾雜物存在，特別是Al2O3及鋁 酸鈣類夾雜物因不具可塑性，亦不允許存在。因此，耐火材料的合理選擇是保證鋼材質量的
重要因素。鎂碳磚因其良好的抗渣侵蝕和滲透性、抗熱震性而被應用於簾線鋼冶煉鋼包。但 其最大問題是，鎂碳磚含有高溫下容易氧化的石墨和結合劑酚醛樹脂，800 iioo°c烘烤 後，必然產生碳氧化而出現明顯的脫碳層，導致材料組織結構疏鬆，強度降低。在熔渣侵蝕 和機械衝刷等作用下，氧化鎂顆粒逐漸被熔蝕、脫落而損毀，從而影響其使用壽命。因此，在 使用過程中如何降低其氧化速度，對延長其使用壽命，降低噸鋼耐火材料消耗具有重要意 義。為了提高含碳耐火材料抗氧化性，通常採用的方法有添加抗氧化劑法、氣氛保護 法和塗層隔離法等。對於鋼包鎂碳磚來說，氣氛保護法不現實，添加抗氧化劑法不能很好地 解決抗氧化問題，相比之下，塗層隔離法可以實現較高溫度下材料的抗氧化，是含碳材料抗 氧化最有效的手段。在製備含碳材料抗氧化塗層方面，相關的改進技術較多，如「鋁炭耐火材料防 氧化塗料及其製備」(CN1066078)專利技術、『「鋁碳耐火材料製品防氧化塗層製備方 法」(CN101475403A)專利技術和「一種含碳耐火材料防氧化塗料」(CN1670092A)專利技術 等。雖然上述專利技術均不同程度提高了含碳材料的防氧化能力，但其製備工藝比較複雜， 生產成本也較高，所製備的塗層組成中都含有Al2O3的組分，這將會導致鋼水增鋁，顯著影 響簾線鋼鋼材的質量。
發明內容
本發明旨在克服已有技術缺陷，目的是提供一種工藝簡單、成本低廉、在500°C 1200°C範圍內成釉的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是先將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%的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料20 40wt%的矽溶膠或40 60wt%的液 體水玻璃，再外加上述混合料50 60wt%的水，混磨20 40分鐘，製成抗氧化塗料。然後將製成的抗氧化塗料均勻地塗刷在鎂碳磚的表面，自然乾燥，於110°C條件下 烘乾；最後將烘乾的鎂碳磚置於高溫爐中，升溫至1150 1250°C，保溫20 40分鐘，製得 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。
其中SiC純度彡93%，粒徑小於0.088mm;熔融石英純度> 99%，粒徑小於 0. 088mm ；硼玻璃的粒徑小於0. 088mm，其主要化學成分是Si02為20 30wt %，B2O3為40 50wt%, Na2O 為 10 20wt% ；CaO 純度> 98%，粒徑小於 0. 088mm ；MgO 純度> 95%，粒徑 小於0. 088mm ；矽溶膠的SiO2含量為25 35%，pH值為9 10 ；液體水玻璃模數為3. 2 3. 5，比重為 1. 32 1. 38。由於採用上述技術方案，本發明以SiC、熔融石英和硼玻璃為主要原料，製得無鋁 抗氧化塗料。將製備好的無鋁抗氧化塗料均勻地塗刷在鎂碳磚表面，經乾燥、烘乾和高溫燒 成，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層在相對較低的溫度下(約低於50(TC)，硼玻璃首 先熔化，在鎂碳磚表面鋪展，通過鎂碳磚表面的氣孔和裂紋向其內部滲透和擴散，從而起到 阻止氧氣進入的作用。隨著溫度升高，SiC細粉開始氧化形成SiO2，並和硼玻璃互溶，使玻 璃相粘度和軟化點提高，而未氧化的SiC及熔融石英均勻釘扎在玻璃相中，阻止塗層升溫、 冷卻裂紋的形成和擴展，在磚體表面形成使用溫度可達到1200°C的緻密無鋁保護層，從而 隔絕空氣，提高材料整體緻密度。且由於塗層玻璃相對鎂碳磚基體的保護作用，使得鎂碳磚 的強度也相對提高。本發明與現有技術相比具有以下優點所需原料價格低廉，實施工藝簡單，易於規 模化生產；經過塗層處理的鎂碳磚試樣表面緻密，未發現裂紋、空洞等缺陷塗層與鎂碳磚 基體之間結合性能良好；本發明的防氧化塗層工作溫度為500°c 1200°C，在這一溫度範 圍內呈現熔融狀態，塗層具有良好的防氧化性能。總之，本發明所製備的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層生產成本低廉，成釉溫度範圍較寬， 塗層緻密，採用本發明處理過的鎂碳磚具有優異的抗氧化性能。且不含鋁的特性滿足簾線 鋼冶煉工藝要求。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的描述，並非對其保護範圍的限制為避免重複，先將本具體實施方式
所涉及到的技術參數統一描述如下，實施例中 不再贅述SiC純度彡93%，粒徑小於0. 088mm ；熔融石英純度> 99%，粒徑小於0. 088mm ； 硼玻璃的粒徑小於0. 088mm,其主要化學成分是Si02為20 30wt% ,B2O3為40 50wt%， Na2O為10 20wt % ;CaO純度> 98 %，粒徑小於0. 088mm ；MgO純度> 95 %，粒徑小於 0. 088mm ；矽溶膠的SiO2含量為25 35%，pH值為9 10 ；液體水玻璃模數為3. 2 3. 5， 比重為1. 32 1. 38。實施例1一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法先將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%的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料20 25wt%的矽溶膠和50 55襯％的 水，混磨20 40分鐘，製成抗氧化塗料。然後將製成的抗氧化塗料均勻地塗刷在鎂碳磚的 表面，自然乾燥，於110°C條件下烘乾，烘乾時間彡8h。最後將烘乾的鎂碳磚置於高溫爐中， 升溫至1150 120(TC，保溫20 40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。燒成後的鎂碳磚表面有一玻璃狀釉層，表面緻密，未發現裂紋和空洞等缺陷，即為 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層與鎂碳磚結合牢固，切開鎂碳磚，內部無氧化痕跡。
經檢測本實施例1所製備的具有無鋁抗氧化塗層的鎂碳磚，12000C X0. 5h後耐 壓強度為45. 5 50. 2MPa，氧化失重率為4. 9 5. 5%；未有無鋁抗氧化塗層的相同鎂碳磚 的耐壓強度為26. 7 32. 8MPa，氧化失重率為13. 78 15. 20%。實施例2一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法先將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%的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料25 30wt%的矽溶膠和55 60襯％的 水，混磨20 40分鐘，製成抗氧化塗料。然後將製成的塗料均勻地塗刷在鎂碳磚表面，自 然乾燥，於110°C條件下烘乾，烘乾時間> 8h ；最後將烘乾的鎂碳磚置於高溫爐中，升溫至 1200 1250°C，保溫20 40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。 燒成後的鎂碳磚表面有一玻璃狀釉層，表面緻密，未發現裂紋和空洞等缺陷，即為 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層與鎂碳磚結合牢固，切開鎂碳磚，內部無氧化痕跡。經檢測本實施例2中所製備的具有無鋁抗氧化塗層的鎂碳磚，12000C X0. 5h後 耐壓強度為38. 0 49. 5MPa，氧化失重率為4. 1 9. 5%；未有無鋁抗氧化塗層的相同鎂碳 磚的耐壓強度為26. 7 32. 8MPa，氧化失重率為13. 78 15. 20%。實施例3一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法先將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 %的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料30 35wt %的矽溶膠和50 55wt %的水， 混磨20 40分鐘，製成無鋁抗氧化塗料。然後將製成的塗料均勻地塗刷在鎂碳磚表面，自 然乾燥，於110°C條件下烘乾，烘乾時間> 8h ；最後將烘乾的鎂碳磚置於高溫爐中，升溫至 1150 120(TC，保溫20 40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。燒成後的鎂碳磚表面有一玻璃狀釉層，表面緻密，未發現裂紋和空洞等缺陷，即為 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層與鎂碳磚結合牢固，切開鎂碳磚，內部無氧化痕跡。經檢測本實施例3所製備的具有無鋁抗氧化塗層的鎂碳磚，12000C X0. 5h後耐 壓強度為39. 5 50. 6MPa，氧化失重率為5. 10 5. 25% ；未有無鋁抗氧化塗層的相同鎂碳 磚的耐壓強度為26. 7 32. 8MPa，氧化失重率為13. 78 15. 20%。實施例4一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法先將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. 羧甲基纖維素混合，外加上述混合料35 40wt %的矽溶膠和55 60wt %的水，混磨20 40分鐘，製成無鋁抗氧化塗料。然後將製成的無鋁抗氧化塗料均勻地塗刷在鎂碳磚的表面， 自然乾燥，於110°C條件下烘乾，烘乾時間彡8h，最後將烘乾的鎂碳磚置於高溫爐中，升溫 至1200 1250°C，保溫20 40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。燒成後的鎂碳磚表面有一玻璃狀釉層，表面緻密，未發現裂紋和空洞等缺陷，即為 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層與鎂碳磚結合牢固，切開鎂碳磚，內部無氧化痕跡。經檢測本實施例4所製備的具有無鋁抗氧化塗層的鎂碳磚，1200°C X0. 5h的耐 壓強度為46. 7 52. 8MPa，氧化失重率為3. 3 6. 5%；未有無鋁抗氧化塗層的相同鎂碳磚 的耐壓強度為26. 7 32. 8MPa，氧化失重率為13. 78 15. 20%。
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實施例5一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法先將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%的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料40 45wt%的液體水玻璃和上述混合料 50 55wt%的水，混磨20 40分鐘，製成抗氧化塗料。然後將製成的抗氧化塗料均勻地 塗刷在鎂碳磚的表面，自然乾燥，於110°c條件下烘乾，烘乾時間> 8h。最後將烘乾的鎂碳 磚置於高溫爐中，升溫至1150 120(TC，保溫20 40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。燒成後的鎂碳磚表面有一玻璃狀釉層，表面緻密，未發現裂紋和空洞等缺陷，即為 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層與鎂碳磚結合牢固，切開鎂碳磚，內部無氧化痕跡。經檢測本實施例5所製備的具有無鋁抗氧化塗層的鎂碳磚，12000C X0. 5h後耐 壓強度為51. 6 52. 8MPa，氧化失重率為4. 17 4. 96%。未有無鋁抗氧化塗層的相同鎂 碳磚的耐壓強度為26. 7 32. 8MPa，氧化失重率為13. 78 15. 20%。實施例6一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法先將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%的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料45 50wt%的液體水玻璃和上述混合料 55 60wt%的水，混磨20 40分鐘，製成抗氧化塗料。然後將製成的塗料均勻地塗刷在 鎂碳磚表面，自然乾燥，於110°C條件下烘乾，烘乾時間> 8h ；最後將烘乾的鎂碳磚置於高 溫爐中，升溫至1200 1250°C，保溫20 40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。燒成後的鎂碳磚表面有一玻璃狀釉層，表面緻密，未發現裂紋和空洞等缺陷，即為 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層與鎂碳磚結合牢固，切開鎂碳磚，內部無氧化痕跡。經檢測本實施例6所製備的具有無鋁抗氧化塗層的鎂碳磚，12000C X0. 5h後耐 壓強度為45. 9 49. 8MPa，氧化失重率為3. 85 10. 12% ；未有無鋁抗氧化塗層的相同鎂 碳磚的耐壓強度為26. 7 32. 8MPa，氧化失重率為13. 78 15. 20%。實施例7一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法先將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%的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料50 55wt%的液體水玻璃和上述混合料 50 55wt%的水，混磨20 40分鐘，製成無鋁抗氧化塗料。然後將製成的塗料均勻地塗 刷在鎂碳磚表面，自然乾燥，於110°c條件下烘乾，烘乾時間> 8h ；最後將烘乾的鎂碳磚置 於高溫爐中，升溫至1150 120(TC，保溫20 40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。
燒成後的鎂碳磚表面有一玻璃狀釉層，表面緻密，未發現裂紋和空洞等缺陷，即為 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層與鎂碳磚結合牢固，切開鎂碳磚，內部無氧化痕跡。經檢測本實施例7所製備的具有無鋁抗氧化塗層的鎂碳磚1200°C X0. 5h後耐 壓強度為45. 9 51. 8MPa，氧化失重率為4. 79 8. 32%；未有無鋁抗氧化塗層的相同鎂碳 磚的耐壓強度為26. 7 32. 8MPa，氧化失重率為13. 78 15. 20%。實施例8一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法先將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.羧甲基纖維素混合，外加上述混合料55 60wt %的液體水玻璃和上述混合料55 60wt % 的水，混磨20 40分鐘，製成無鋁抗氧化塗料。然後將製成的無鋁抗氧化塗料均勻地塗刷 在鎂碳磚的表面，自然乾燥，於110°C條件下烘乾，烘乾時間> 8h，最後將烘乾的鎂碳磚置 於高溫爐中，升溫至1200 1250°C，保溫20 40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。燒成後的鎂碳磚表面有一玻璃狀釉層，表面緻密，未發現裂紋和空洞等缺陷，即為 鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。該塗層與鎂碳磚結合牢固，切開鎂碳磚，內部無氧化痕跡。經檢測本實施例8所製備的具有無鋁抗氧化塗層的鎂碳磚1200°C X0. 5h的耐 壓強度為47. 5 52. 7MPa，氧化失重率為3. 23 6. 15%；未有無鋁抗氧化塗層的相同鎂碳 磚耐壓強度為26. 7 32. 8MPa，氧化失重率為13. 78 15. 20%。本具體實施方式
以SiC、熔融石英、硼玻璃為主要原料，製得無鋁抗氧化塗料。將制 備好的無鋁抗氧化塗料均勻地塗刷在鎂碳磚表面，經乾燥、烘乾和高溫燒成，製得鎂碳磚無 鋁抗氧化塗層。該塗層在相對較低的溫度下(約低於50(TC)，硼玻璃首先熔化，在鎂碳磚 表面鋪展，通過鎂碳磚表面的氣孔和裂紋向其內部滲透和擴散，從而起到阻止氧氣進入的 作用。隨著溫度升高，SiC細粉開始氧化形成SiO2，並和硼玻璃互溶，使玻璃相粘度和軟化 點提高，而未氧化的SiC及熔融石英均勻釘扎在玻璃相中，阻止塗層升溫、冷卻裂紋的形成 和擴展，在磚體表面形成使用溫度可達到120(TC的緻密無鋁保護層，從而隔絕空氣，提高材 料整體緻密度。且由於塗層玻璃相對鎂碳磚基體的保護作用，使得鎂碳磚的強度也相對提 尚ο本具體方式與現有技術相比具有以下優點所需原料價格低廉，實施工藝簡單，易 於規模化生產；經過塗層處理的鎂碳磚試樣表面緻密，未發現裂紋、空洞等缺陷塗層與鎂 碳磚基體之間結合性能良好；本發明的防氧化塗層工作溫度為500°C 1200°C，在這一溫 度範圍內呈現熔融狀態，塗層具有良好的防氧化性能。總之，本發明所製備的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層生產成本低廉，成釉溫度範圍較寬， 塗層緻密，採用本發明處理過的鎂碳磚具有優異的抗氧化性能。且不含鋁的特性滿足簾線 鋼冶煉工藝要求。
權利要求
一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法，其特徵在於先將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％的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料20～40wt％的矽溶膠或40～60wt％的液體水玻璃，再外加上述混合料50～60wt％的水，混磨20～40分鐘，製成抗氧化塗料。然後將製成的抗氧化塗料均勻地塗刷在鎂碳磚的表面，自然乾燥，於110℃條件下烘乾；最後將烘乾的鎂碳磚置於高溫爐中，升溫至1150～1250℃，保溫20～40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。
2.根據權利要求1所述的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法，其特徵在於所述的SiC 純度彡93%，粒徑小於0. 088mm。
3.根據權利要求1所述的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法，其特徵在於所述的熔融 石英純度> 99%，粒徑小於0. 088mm。
4.根據權利要求1所述的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法，其特徵在於所述的硼玻 璃的主要化學成分是=SiO2為20 30wt%，B2O3為40 50wt%，Na2O為10 20wt% ；粒 徑小於0. 088mm。
5.根據權利要求1所述的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法，其特徵在於所述的CaO 純度> 98%，粒徑小於0. 088mm。
6.根據權利要求1所述的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法，其特徵在於所述的MgO 純度> 95%、粒徑小於0. 088mm。
7.根據權利要求1所述的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法，其特徵在於所述的矽溶 膠的SiO2含量為25 35%，PH值為9 10。
8.根據權利要求1所述的鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法，其特徵在於所述的液體 水玻璃模數為3. 2 3. 5，比重為1. 32 1. 38。
全文摘要
本發明具體涉及一種鎂碳磚無鋁抗氧化塗層的製備方法。其技術方案是先將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％的羧甲基纖維素混合，外加上述混合料20～40wt％的矽溶膠或40～60wt％的液體水玻璃，再外加上述混合料50～60wt％的水，混磨20～40分鐘，製成抗氧化塗料。然後將製成的抗氧化塗料均勻地塗刷在鎂碳磚的表面，自然乾燥，於110℃條件下烘乾；最後將烘乾的鎂碳磚置於高溫爐中，升溫至1150～1250℃，保溫20～40分鐘，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層。本發明具有工藝簡單、成本低廉的特點，能在500℃～1200℃範圍內成釉，製得鎂碳磚無鋁抗氧化塗層具有良好的防氧化性能。
文檔編號C09D1/02GK101928480SQ201010274330
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者李維鋒, 胡開豔, 顧華志 申請人:武漢科技大學