CN101100579B - 用于钢铁抗高温氧化的涂料及生产方法 - Google Patents

Abstract

用于钢铁抗高温氧化的涂料，其原料组分及重量份为：粘土20-35份，添加剂8-10份，金属粉12-22份，金属粉包括铝、钛、锰、硅，镍、钴、锌；聚氨酯40-45份。添加剂由冰醋酸、三氯化磷、净水混合组成。本产品的生产方法是：1)将金属粉、粘土、添加剂配入搅拌机中搅拌氧化成还原粉料；2)将聚氨酯在常温下逐渐加入反应釜中，搅拌混合转化成高粘度强吸附型混合溶液；3)将混合溶液配入反应釜中，将氧化还原粉料加入，搅拌均匀，反应终点为粘绸棕黄色乳膏状涂料时得成品，然后包装。本产品在1200℃～1500℃环境下钢铁抗高温氧化，可提高成材率3％，降低钢烧损耗2％，降低能耗3％，降低水资源消耗30％，无三废排放，无毒无污染，产品用途广。

Description

用于钢铁抗高温氧化的涂料及生产方法

技术领域

本发明涉及一种用于钢铁抗高温氧化的涂料，特别涉及钢材(锭、坯、板)热处理工艺中高温抗氧化腐蚀的涂料。本发明还涉及该产品的生产方法。

背景技术

钢材热轧或锻造前都要进行1250℃左右的高温炉膛煅烧、高温炉淬火，钢铁制造的各种主件零部件高温炉膛淬火时，钢材会出现强烈的的氧化腐蚀，表面都会产生高温氧化皮，腐蚀量为钢材重量的3％左右。要清除表面的氧化皮只得用酸洗，随之造成三废排放、污染环境。为减少污染，极少数单位采用氮气抗高温氧化，但成本昂贵。国内外只有3％的单位采用氮气抗高温氧化，而97％的单位仍无能采用，无法解决抗高温氧化这一难题。

中国专利文献报道：专利申请号88101985“硅钢板坯加热用防氧化涂料”，仅适合于高牌号取向硅钢生产。公开号为CN1050890A的“耐高温抗氧化涂料”，适合在650℃-830℃之内使用，最高耐温1000℃。申请号93106060的“免预处理高温抗氧化涂料”，以无机氧化物二氧化硅为主体载基，配以难溶填料三氧化二铬及轻质氧化镁，以三氧化二铝为抗氧剂，用水为溶剂，在常温下固化制成。对非深度氧化的钢材不需进行表面预处理，有良好导热性及热稳定性，工作温度为800℃-1300℃。近年来，德国、日本研究出一种抗高温氧化涂料，武钢轧板厂用于高合金钢钢坯表面，氧化皮薄了30％，但仍有一层氧化皮用水冲洗不掉。国内武汉材料保护研究所，武汉钢铁公司设法从德国、日本搞了部分样品回国进行分析研究，试制出一种抗高温氧化涂料，仅能用到硅钢坯热轧表面抗高温氧化，也只能减少30％的高温氧化皮。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗高温氧化的涂料，解决钢铁表面产生氧化皮的问题，尤其是解决钢铁高温下产生氧化皮的问题。本发明的另一目的是提供该产品的生产方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明采用金属粉与盐类、固体物与溶剂物相结合，严防水份渗入钢材，精配添加剂，以复配螯合结合，复反应温度控制为工艺关键，组合配方。本产品其原料组分及重量份为：粘土20-52份，添加剂8-10份，还包含有聚氨酯(或呋喃树脂)≤50份、酚醛树脂0-25份、聚乙烯醇缩丁醛0～11份、缩甲醛树脂0～18份中的一种或一种以上，采用聚氨酯(或呋喃树脂)后不再用其他树脂，用后面三种树脂则不用聚氨酯。金属粉12-22份，其中铝、钛、锰、硅各3份，镍、钴、锌各0-3份；添加剂由冰醋酸49％，三氯化磷37％，净水14％组成。利用原材料特性组合控制调解高温炉膛中的氧与气，促使氧、气达到平衡相处，使炉膛处于无氧状态。

本发明产品其较佳的原料组分及重量份为：粘土25份，添加剂9份，酚醛树脂20份，聚乙烯醇缩丁醛10份，缩甲醛树脂15份，铝、锌、镍、钛、钴、锰、硅各3份。

本发明产品的生产方法是：1)将铝、锌、镍、钛、钴、锰、硅、粘土、添加剂配入搅拌机中搅拌10分钟，温度达120℃转化成氧化还原粉料；2)将聚氨酯或酚醛树脂、聚乙烯醇缩丁醛、缩甲醛树脂在常温下边搅拌边逐渐加入反应釜中，搅拌混合15分钟，转化成高粘度强吸附型混合溶液；3)将混合溶液配入反应釜中，将还原粉料加入，搅拌15分钟，搅拌均匀，反应终点为粘绸棕黄色乳膏状涂料时得成品，然后包装。

本发明产品具有以下积极效果：在1200℃～1500℃环境下抗高温氧化，提高成材率3％，降低钢烧损耗平均为2％，提高成材成品率(各种钢铁制造零部件淬火后成品率达到100％)，降低能耗(电、煤、气)3％，降低资源消耗(各种矿砂)平均为5％，降低水资源消耗30％，解决环境污染(无毒无三废排放：废尘、废气废水、废酸水)，产品表面质量普遍提高一个等级，增加经济效益(综合效益)10％以上，减少房屋设施设备仪表腐蚀。以上各项数据指标，均系各钢厂、机械厂、各机械专业产品监督检测部门，经检测试用本发明产品的结论。

具体实施方式

一、本发明抗高温机理研究

1、首先研究抗高温机理：采用有机与无机相结合，金属粉与盐类相结合，固体物与溶剂物相结合，严防水份渗入钢材，精配添加剂，以复配螯合结合，复反应温度控制为工艺关键，组合配方，确定工艺方法。

2、采用以催化复反应促使在高温中边氧化边还原两者同时进行，以促进剂促使钢材表面在还原中加速钝化膜层的形成。

3、利用原材料特性，组合控制调解高温炉膛中的氧与气，促使氧、气达到平衡相处，使炉膛始终处于无氧状态。

4、用复反应成的抗高温粘结溶剂与复反应粉料相组合，促成在高温1300～1500时，始终能牢固地粘结吸附在金属表面，成为溶融状态，始终为溶融物，能将金属表面致密封住，阻止氧渗入金属内部，隔绝氧气的渗透，达到抗高温氧化之目的。

5、由于有机与无机、金属粉与盐、粉与溶剂、粘结与吸附、催化促成钝化络合、螯合与复镀等等相结合所组成的配方涂料，使金属表面始终能得到保护。加之涂料本身的化学反应钝化、络合、高温螯合复镀之功能，使金属表面积不仅不受丝毫破坏，相反却得到钝化络合螯合复镀等功能，促使金属表面基体特别光滑光亮，只需用少量水冲洗，无需用酸洗处理。

用涂料元素离子和分子促使氧化还原同时达到氧化还原。选用从低溶点到高溶点的有机与无机相结合元素材料，边溶融边吸附、边钝化，以利于氧化还原平衡不产生再氧化，达到抗高温氧化之目的。合成一种无水份不干燥粘结溶剂，能在高温1200℃-1500℃环境下不燃烧，不挥发不干裂，能始终吸附在钢坯表面，达到炉中氧和气始终不渗透到钢材表面。

二、本发明产品的配方：

配方一、本产品其原料组分及重量份为：粘土20-35份，添加剂8-10份，金属粉12-22份，聚氨酯40-45份；添加剂的组分重量比是：冰醋酸49％，三氯化磷37％，净水14％。

金属粉包括铝、钛、锰、硅各3份，镍、钴、锌各0-3份。

配方二：粘土35份，添加剂9份，聚氨酯45份，铝、钛、锰、硅各3份。

配方三：粘土20份，添加剂9份，聚氨酯40份，铝、钛、锰、镍、钴、锌、硅各3份。

配方四：粘土25份，添加剂9份，酚醛树脂20份，聚乙烯醇缩丁醛10份，缩甲醛树脂15份，铝、锌、镍、钛、钴、锰、硅各3份。

三、本发明产品的工艺路线：

1)将铝、锌、镍、钛、钴、锰、硅、粘土、添加剂配入搅拌机中搅拌10分钟，温度达120℃转化成氧化还原粉料；2)将聚氨酯在常温下边搅拌边逐渐加入反应釜中，搅拌混合15分钟，转化成高粘度强吸附型混合溶液；3)将混合溶液配入反应釜中，将上述氧化还原粉料加入，搅拌15分钟，搅拌均匀后停止搅拌，反应终点为粘绸棕黄色乳膏状涂料时得成品，然后包装。

四、本发明产品理化技术质量标准：

1)、外观性状：棕黄色粘稠乳膏状

2)、运动粘度SX 20～30mm²/s 40℃

3)、比重：1.2～15g/cm³

4)、pH值：8～9，广泛试纸

5)、固体含量：≥70％

6)、随着力：≥1级

7)、涂层厚度：0.4～0.5mm

8)、贮存稳定性：0～80℃静置6个月不变质、不失效。

本发明产品经检测，其成分含有：丙二烯、乙醇、1-戊烯、3-甲基己烷、甲基环戊烷、环己烷、1-己烯、甲基环己烷、乙基环戊烷、2-甲基1-戊烯、甲基环庚烷、环辛烷、乙基环己烷等。

本发明产品用于钢铁、硅钢、不锈钢、高、低合金钢、高、低碳钢、普碳钢、钢坯、高温炉热轧、冷轧、高温炉淬火，汽车火车、机械、坦克、枪炮、军舰、飞机、民用船泊等主件、零部件高温炉淬火。还可用于军舰、船泊外壳喷涂，可取代油漆涂料，降低成本50％，延长使用寿命一倍以上。

武钢钢研所为首组织在武钢轧板厂做军工用高合金钢钢坯热处理对比试验，用五种抗高温氧化涂料对比，分别是德国的、日本的、武汉材料保护研究所的，武钢钢研所的、本发明人发明的抗高温氧化涂料，每种涂料涂刷1000吨钢锭，经高温炉1200℃煅烧3小时出炉、水冲洗，试验检测结果表明：日本、德国、武钢钢研所三家的抗高温氧化涂料比未涂涂料的钢板，氧化皮薄了30％，仍有一层氧化皮用水冲洗不掉。武汉材料保护研究所的产品比未涂涂料的钢板还厚30％，根本无法用水冲洗掉，要用强酸加温到100℃酸洗。本发明人发明的抗高温氧化涂料涂的钢坯钢板，出炉无氧化皮，稍用水冲洗后呈银白色无氧化皮，降低钢烧损耗3％。本发明解决了钢材抗高温氧化这一难关。不需要再用酸洗工艺除高温氧化皮，金属制备的各种零部件成品率达到100％，能耗降低3％、资源耗量降低5％以上，环境不会污染，不危害人类社会与生物，不再腐蚀房屋设施设备，仪表电器。

本发明人自办企业邵阳市创捷化工有限公司，现小批量生产本产品，产品经湖南省环保检测中心跟踪检测，结论为：无废水废气废尘污染，产品原材料成分元素无毒性。由湖南大学化学生物传感与计量学国家重点实验室做定性分析，结论是：邵阳市创捷化工有限公司生产的抗高温氧化涂料共15种成分组成，均属无毒。由中南大学材料科学与工程学院教育部重点实验室、湖南省重点实验室金属材料科学与工程重点实验室检测，结果降低能耗2％以上。抗高温氧化，经国家机械工业表面覆盖层产品质量监督检测中心检测结果：在1500～1800℃下钢材抗氧化，降低钢烧损耗，可节约能耗、节约资源矿砂水资源。产品经武汉钢铁公司技术中心、湖北省冶金产品监督检测中心、湘潭钢厂、邯郸钢厂、兵器机械工业部内蒙古一机、二机厂、浙江宁波华光不锈钢厂等厂家使用，结果均证实降低钢烧损耗平均都在2％以上，也就是降低能源资源矿砂5％，降低用水量30％以上，解决了环境污染。2006年，本产品被国家科技部、商务部、国家质量技术监督局、国家环保总局授予国家重点新产品证书。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，凡依本专利申请所做的均等变化，均为本案的技术所涵盖。

Claims (2)

1.用于钢铁抗高温氧化的涂料，其原料组分及重量份为：粘土20-35份，添加剂8-10份，金属粉12-22份，聚氨酯40-45份；

添加剂由冰醋酸、三氯化磷、净水混合组成，其重量比是：冰醋酸49％，三氯化磷37％，净水14％；

金属粉包括铝、钛、锰、硅各3份，镍、钴、锌各0-3份。

2.权利要求1所述抗高温氧化涂料的生产方法，其特征是：

1)将铝、锌、镍、钛、钴、锰、硅、粘土、添加剂配入搅拌机中搅拌10分钟，温度达120℃转化成氧化还原粉料；

2)将聚氨酯在常温下边搅拌边逐渐加入反应釜中，搅拌混合15分钟，转化成高粘度强吸附型混合溶液；

3)将混合溶液配入反应釜中，将氧化还原粉料加入，搅拌15分钟，搅拌均匀，反应终点为粘绸棕黄色乳膏状涂料时得成品，然后包装。