CN101058684A - 一种高温普通低碳钢防氧化涂料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温普通低碳钢防氧化涂料，将包括Al2O3、SiO2、Fe2O3、等组分在内的矿粉、冶金废弃物、含碳还原剂、无机粘结剂分别研磨至100目以下，混和均匀，然后和水充分混合搅拌均匀，水的加入量以最终调节涂料浆的密度在1100～1500kg/m3。该涂料可直接在热轧入炉加热前对热态(1000℃以下)钢坯进行喷涂，并在高温作用下可以形成连续保护涂层，能够有效降低板坯热轧前输送及均热过程中的高温氧化烧损，不改变钢坯基体原有性能，加热后涂层自然剥落能力强；同时该防氧化涂料的原料易得，成本低廉，制备工艺简单，可以达到广泛适应于各种钢在800～1300℃/2～10小时加热时的防氧化。
Description
技术领域
本发明属于涂料领域，具体地说是涉及一种高温普通低碳钢防氧化涂料及其应用。
背景技术
钢坯在热轧之前均需经过在1250℃左右高温炉内的较长时间的加热过程，这一过程使得钢坯表面的氧化烧损非常严重，氧化烧损率达0.5～2.5％。为了减少钢坯的氧化烧损，通常需要在钢坯表面刷涂防氧化涂料，以提高成材率，改善钢质量。
在中国专利CN1632137A公开了一种防止钢制工件在热处理加热时氧化/脱碳的防护涂层材料，其由10～20％玻璃粉，33～30％石英砂，23～20％硅砂，24～20％Al2O3，2-10％C组成，该涂层材料适用于各种钢在800～1200℃/4～10小时加热时防氧化/脱碳，在随后冷却过程中能够自然剥落。经过热处理之后的钢制工件表面仍然具有原有金属光泽，钢制工件表层仍然保持原有化学成分；此涂层材料，使用方便，防氧化/脱碳效果优良，自然剥落能力强，适用性广。但是这种涂料的应用温度在1200℃以下，需要将热钢材先冷却，再刷涂，然后还要再次升温热轧，造成能源浪费，且费时费工。
在中国专利CN1300805A中公开了一种高温防氧化涂料，其为将SiO2：50～62份；Al2O3：12～20份；Fe2O3：2～8份；MgO：1～5份；CaO：2～7份；Na2O：2～6份；K2O：2～6份FeO：1～5份混和后入窑炉在800～1300℃下熔制3小时呈珐琅，冷却后粉碎，加入少量尖晶石、粘土和水，球磨使其粒度为＜180目，该涂料颗粒细小，呈悬浮状，不易沉淀，不需要立辊侧压设备，使用简单，能在900-1200℃时使用，并且成本低。但是这种涂料的制备工艺比较复杂，必须提前将涂料组分熔制成珐琅然后冷却粉碎，耗时耗能，而且涂料的应用温度在1200℃以下，不适用于直接在普通钢坯热轧前的加热处理温度下刷涂。
在中国专利CN1179448A公开了一种高温耐热钢用防氧化涂料，该涂料是以沉淀碳酸钡、硅石为主，加入助熔剂硼酸，以水玻璃为媒介物。在高温作用下产生连续釉层。釉层铺展性好，不剥离，不气化，不产生釉滴，防氧化性能优良，可以防止耐热钢长期使用中的氧化。但是这种涂料针对的是对耐热钢的高温防氧化，而且涂料需在常温喷涂自然干燥成膜后方可升温使用，并不具有普适性。
在中国专利CN1036396A公开了一种MgO-Cr2O3系硅钢板坯加热用防氧化涂料，以工业镁砂为主要原料，制备工艺简单，涂料成本低，使用前无须对板坯作任何清理，该涂料具有良好的导热能力和耐高温性能，使用涂料后不会延长板坯加热时间，对硅钢成品质量无不良影响，能有效地防止硅钢加热时的氧化烧损；同时还可提高加热炉的作业率，大幅度增加硅钢的一次轧制量。但是这种涂料针对的是对硅钢板坯的高温防氧化，并不具有普适性。
虽然上述这些涂料均在一定程度上对指定的钢坯具有良好的高温防氧化作用，但是这些涂料多是采纳玻璃粉类为粘结媒质，而玻璃粉的制备必须经过高温烧结和水淬研磨等复杂的加工工艺，这给整个涂料的前期制备工艺增加了难度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的涂料应用温度较低，造成能源浪费，费时费工，且不具有普适性，以及涂料中的原料的前期制备工艺较难的缺陷，从而提供一种可直接在热轧车间加热炉前红热(1000℃以下)钢坯表面喷涂的高温普通低碳钢防氧化涂料，该涂料在高温作用下可以形成连续保护涂层，能够有效降低板坯热轧前输送及均热过程中的高温氧化烧损，不改变钢坯基体原有性能，加热后涂层自然剥落能力强；同时该涂料的原料易得，成本低廉，制备工艺简单，可以达到广泛适应于各种钢在800～1300℃/2～10小时加热时的防氧化。
本发明的另一目的在于提供所述高温普通低碳钢防氧化涂料的应用。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：
本发明提供的高温普通低碳钢防氧化涂料，包括如下的组分：
ZrO2 3～10wt％
Al2O3 15～22wt％
SiO2 20～45wt％
MgO 3～10wt％
B2O3 0～18wt％
CaO 6～12wt％
Fe2O3 12～20wt％
C 1～20wt％
Na2O 0～10wt％
K2O 0～10wt％
将上述各组分分别研磨至100目以下，混和均匀，然后和水充分混合搅拌均匀，水的加入量以最终调节涂料浆的密度在1100～1500kg/m3。
本发明提供的高温普通低碳钢防氧化涂料，优选符合上述组成的矿粉、冶金废弃物、含碳还原剂、无机粘结剂与水混合而成，为使涂料体系各组分均匀分散和喷涂时不至于堵塞喷嘴，各组分均需分别研磨至100目以下。
所述的矿粉可以选用锆英石矿粉、长石矿粉、高铝石矿粉、硅灰石矿粉等矿石以及一些层状硅酸盐粘土粉中的一种或几种；
所述的冶金废弃物可为高炉或转炉水淬钢渣、转炉污泥等的一种或几种；
所述的含碳还原剂包括石墨、炭黑、焦炭粉以及煤粉中的一种或几种；
所述的无机粘结剂可选用硼酸盐、硅酸盐类粘结剂以及经相应改性后的无机粘结剂中的一种或几种。
本发明提供的上述高温普通低碳钢防氧化涂料既可涂刷在常温钢坯表面干燥成膜，又可直接喷涂在高温(1000℃以下)的钢坯表面，并在高温作用下形成连续保护涂层，有效降低板坯热轧前输送及加热过程中的高温氧化烧损，而不改变钢坯基体原有性能。
本发明提供的高温普通低碳钢防氧化涂料是一种具有很好的高温防氧化效果的涂料，与现有技术的这类涂料相比：其优点和积极效果充分表现为：
1.本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料，广泛适用于多种低碳钢坯在800～1300℃/2～10小时加热时的防氧化，热处理后涂层极易剥落，板坯表面光滑无脱碳及合金元素无流失现象。在800～1300℃热处理过程中，涂料与基体表面吸附而迅速形成一层致密的保护层，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，涂层自始至终处于烧结态，体系中硅酸盐类粘结剂经过高温过程牢牢束缚住其他功能组分而力求完好地封闭钢坯表面，而在钢坯出炉后瞬间的表面降温过程使得由于涂层与基体热膨胀系数的显著不同而致使涂层自然剥落能力加强。
2.本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料，喷涂或涂刷在钢铁表面后，水分挥发的同时实现了功能组分与粘结剂在基体表面聚合粘结，形成了致密的涂层。
3.本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料所选用的大部分原料廉价易得，更有冶金废弃物和矿物原料的采用，实现了废弃物的资源化利用，变废为宝，同时降低了涂料的成本，使得普通钢铁的防氧化更具有现实意义。
4.本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料，能够满足在1000℃以下炽热钢坯的表面直接喷涂。涂料在体系水分挥发的同时实现了功能组分与粘结剂瞬间在基体表面发生聚合粘结，从而依靠钢坯自身的热量形成了致密的涂层。这与已有大部分研究报道的防氧化涂料常温涂刷，自然干燥后升温的应用工艺相比，大大提高了涂料的实用性，降低了冶金能源损耗，缩短了作业时间。
5.本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料能够使普通低碳钢坯的高温氧化烧损降低50～80％，可大大提高了板坯成材率和产量，经济和社会效益非常可观。
具体实施方式
实施例1、
分别取锆英石、钠长石、炭黑、硼砂、转炉污泥、水玻璃等按干粉料化学成分：7％ZrO2，16％Al2O3，22％SiO2，10％MgO，4％B2O3，8％CaO，15％Fe2O3，10％C，8％Na2O分别研磨至100目以下，进行物料混合，加水调节到最终涂料浆的密度为1100kg/m3，得到本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料I。
将该涂料喷涂于800℃的A36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，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例2、
分别取锆英石、钠长石、高铝石、煤粉、硅灰石、钢渣、水玻璃等按干粉料化学成分：10％ZrO2，22％Al2O3，35％SiO2，5％MgO，6％CaO，12％Fe2O3，5％C，5％Na2O配比，分别将研磨至120目以下，进行物料混合，加水均匀稀释至最终涂料浆的密度为1500kg/m3，得到本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料II。
将该涂料涂刷于1000℃的Q235-B钢坯表面，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，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例3、
分别取锆英石、钾长石、高铝石、焦炭粉、硅灰石、硼砂、转炉污泥、水玻璃等按干粉料化学成分：3％ZrO2，20％Al2O3，20％SiO2，8％MgO，6％B2O3，10％CaO，20％Fe2O3，6％C，4％K2O，3％Na2O进行物料混合，粉料研磨至150目，加水搅拌均匀至最终涂料浆的密度为1300kg/m3，得到本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料III。
将该涂料喷涂900℃的A36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，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
实施例4、
分别取锆英石、钾长石、高铝石、石墨、硅灰石、硼砂、钢渣等按干粉料化学成分5％ZrO2，18％Al2O3，40％SiO2，3％MgO，4％B2O3，12％CaO，12％Fe2O3，1％C，3％K2O，2％Na2O进行原料调配，研磨至100目以下，按粉料∶水质量比为1∶4进行稀释，搅拌均匀，最终涂料浆的密度在1400kg/m3，得到本发明的高温普通低碳钢防氧化涂料IV。
将该涂料涂覆于600℃的Q235-B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，剥落后基体表面均匀光洁，无残留物。
Claims (8)
1、一种高温普通低碳钢防氧化涂料，包括如下的组分：
ZrO2 3～10wt％
Al2O3 15～22wt％
SiO2 20～45wt％
MgO 3～10wt％
B2O3 0～18wt％
CaO 6～12wt％
Fe2O3 12～20wt％
C 1～20wt％
Na2O 0～10wt％
K2O 0～10wt％
将上述各组分分别研磨至100目以下，混和均匀，然后和水充分混合搅拌均匀，水的加入量以最终调节涂料浆的密度在1100～1500kg/m3。
2、如权利要求1所述的高温普通低碳钢防氧化涂料，其特征在于：由符合权利要求1所述的组成的矿粉、冶金废弃物、含碳还原剂、无机粘结剂与水混合而成，其中各组分分别研磨至100目以下。
3、如权利要求2所述的高温普通低碳钢防氧化涂料，其特征在于：所述的矿粉为选自锆英石矿粉、长石矿粉、高铝石矿粉、硅灰石矿粉等矿石以及一些层状硅酸盐粘土粉中的一种或几种。
4、如权利要求2所述的高温普通低碳钢防氧化涂料，其特征在于：所述的冶金废弃物为高炉或转炉水淬钢渣、转炉污泥中的一种或几种。
5、如权利要求2所述的高温普通低碳钢防氧化涂料，其特征在于：所述的含碳还原剂为选自石墨、炭黑、焦炭粉以及煤粉中的一种或几种。
6、如权利要求2所述的高温普通低碳钢防氧化涂料，其特征在于：所述的无机粘结剂为选自硼酸盐、硅酸盐类粘结剂以及经相应改性后的无机粘结剂中的一种或几种。
7、权利要求1至6之一所述的高温普通低碳钢防氧化涂料的应用，该涂料被涂刷在常温钢坯表面干燥成膜，或是直接喷涂在高温的普通低碳钢表面形成连续保护涂层。
8、如权利要求7所述的高温普通低碳钢防氧化涂料的应用，其特征在于：所述的高温为小于等于1000℃。
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