CN101134677B - 含碳滑动水口滑板保护涂料 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种含碳滑动水口滑板保护涂料，属钢铁冶金涂料，按重量百分比，此滑板保护涂料主要由以下组分和含量组成：水65-75％、固体微粉25-35％、少量纤维素类分散剂CMC和膨润土，固体微粉稳定均匀地分散在水溶液中形成多相悬浮液体，其中固体微粉，按重量百分比，由以下组分和含量组成：鳞片状石墨50-80％、氧化铝5-22％、氮化硼1-15％、磷酸铝10-22％、硅酸锆2-5％、氧化碲0.1-1％，其余为少量杂质；滑板保护涂料涂敷在冷滑板或热滑板的表面形成保护膜，有效地提高了含碳滑板的抗氧化性和滑板间的润滑性，降低摩擦力，改善滑板的使用性能，从而延长滑板的使用寿命。

Description

含碳滑动水口滑板保护涂料

技术领域

本发明属钢铁冶金涂料，尤其是涉及一种用于滑动水口滑板的保护涂料。

背景技术

滑动水口是钢水浇铸过程中的关键装置，滑板是滑动水口装置的核心部件，是以Al₂O₃-C质、Al₂O₃-SiO₂-C质为主的含碳功能材料，使用中经常见到的滑板损坏形式为：滑板面粗糙化占40％～60％，裂纹和剥落占10％～20％，铸孔扩大占20～40％；滑板中的碳与空气中的氧气或钢水中氧的反应而引起的脱碳是滑板损坏的主要原因之一，一方面表面脱碳造成滑板表面碳结合破坏，抗热震性降低，易产生裂纹，造成滑动面扩孔或剥落，使其强度降低，另一方面，一旦表面脱碳，滑板表面开口孔径变大，在钢水静压力作用下钢液和熔融渣沿着开口孔隙向滑板的滑动面渗透，渗透的钢液和熔融渣凝固后使滑动面润滑性能恶化，滑板开启时摩擦阻力增大，不但加速滑动面的扩孔剥落，而且使滑板和滑板滑动结构变形增大，滑动面的缝隙增大，空气沿此缝隙吸入，反过来加速滑动面碳的氧化，同时加速钢液和熔融渣对滑板水口的侵蚀，所以，提高滑板的抗氧化性能是提高滑板寿命最有效的途径。

至今人们为提高滑板的抗氧化性做了大量的研究工作：

1)选择碳材料的种类和配比，提高滑板的抗氧化性能。

2)在原材料中加入Al粉、Si粉、B₄C等抗氧化剂材料。

3)滑板涂料

DAIKA SHEET CO.，LTD.开发了用胶粒化的石墨为主要原料的滑板润滑涂料。使用这种润滑涂料改善了滑板润滑性，使滑板的使用性能得到了提高，但由于石墨胶粒化的成本非常昂贵，抗氧化性能差，还不能得到推广使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种含碳滑动水口滑板保护涂料，提高滑动水口滑板抗氧化性和滑板间高温润滑性，在滑动水口滑板工作面涂敷这种滑板保护涂料，降低滑板内碳素的氧化速度，提高滑板的使用寿命，同时还可以降低滑板接触面的摩擦力，改善滑板使用性能。

本发明的目的是这样来实现的：一种含碳滑动水口滑板保护涂料，按重量百分比，主要由以下组分和含量组成：水溶液65-75％、固体微粉25-35％、少量纤维素类分散剂和粘度调节剂，固体微粉稳定均匀地分散在水溶液中形成多相悬浮液体，其中固体微粉，按重量百分比，由以下组分和含量组成：鳞片状石墨50-80％、氧化铝5-22％、氮化硼1-15％、磷酸铝10-22％、硅酸锆2-5％、氧化碲0.1-1％、其余为少量杂质，上述固体微粉，其粒径分别为：鳞片状石墨1μm-20μm；氧化铝0.01μm-0.3μm；氮化硼0.01μm-3μm；硅酸锆＜0.1μm；氧化碲＜0.1μm；最佳粒径为：鳞片状石墨5μm-10μm；氧化铝0.05μm-0.1μm；氮化硼0.3μm-1μm，滑板保护涂料涂敷在滑动水口滑板的表面，此滑板保护涂料既可涂敷在冷滑板表面，也可涂敷在热滑板的表面形成保护薄膜。

其中：

一、鳞片状石墨粉作为滑板保护涂料的主成分之一：

鳞片状石墨具有优良的自润滑特性及对钢水及熔渣的不润湿性，在滑动水口的滑动面形成鳞片状石墨为主要成分的保护薄膜，不仅降低滑板间的摩擦力，而且可有效地防止熔融钢液及融渣向滑动面的渗透。

二、氮化硼微粉作为滑板保护涂料的主成分之一：

氮化硼、特别是六方氮化硼有类似于鳞片石墨的层状结构，具有优良的自润滑性能和钢水及熔渣的不润湿性，因氮化硼在空气中的开始氧化温度高于900℃，其抗氧化能力远比鳞片状石墨优良，在滑板保护涂料中加入适量的氮化硼，既可提高滑动面的润滑性能，又可提高保护膜本身的抗氧化性，在高于900℃的温度条件下微量氮化硼的氧化所产生的氧化硼还可以提高保护薄膜和滑板之间的高温热粘附性能。

三、氧化铝作为滑板保护涂料的主成分之一：

向水溶液中分散微细氧化铝粉和磷酸铝形成浆料，作为滑板保护涂料的成膜基料。

四、磷酸铝作为滑板保护涂料的主成分之一：

磷酸铝是用途十分广泛的无机高温粘接涂料，滑板保护涂料使用磷酸铝并配以适量的氧化铝作为成膜基料，将其涂敷在滑板表面，不仅能提高薄膜与滑板之间冷热粘附力，还可因其渗入滑板表面的微细裂纹等缺陷中，修复滑板表面，降低裂纹的扩展速度。

五、硅酸锆作为滑板保护涂料的添加成分

滑板保护涂料中添加硅酸锆提高薄膜、特别是滑板铸钢水口附近抗熔渣的侵蚀能力。

六、氧化碲作为滑板保护涂料的添加成分

滑板保护涂料中添加微量的氧化碲提高薄膜抗熔融钢液沿滑动面的渗透。

将鳞片状石墨粉、微细氮化硼及微细氧化铝粉为主成份，在水中稳定分散而形成的滑板保护涂料涂敷在滑动面上，经干燥和高温作用，在滑动面形成石墨-氮化硼-氧化铝-磷酸铝系保护薄膜。

滑板保护涂料可涂敷在冷滑板或热滑板的表面形成保护薄膜，此滑板保护涂料完全由无机物组成，在室温或使用过程中的高温条件下均可用毛刷或喷涂装置向滑板表面涂敷，经干燥、硬化后在滑板表面形成保护薄膜。

在滑板表面形成的保护薄膜隔断空气和滑板中的碳的氧化反应，阻止空气中的氧向滑板工作面的渗透，提高滑板的抗氧化性，同时，利用石墨、氮化硼的自润滑作用和对滑板工作面凹凸缺陷的填平作用，提高滑板润滑性和工作面磨合的稳定性，降低滑动负载和表面摩擦阻力，延长滑板的使用寿命。

本发明所提的含碳滑动水口滑板保护涂料，以无机高温粘结剂磷酸铝和氧化铝为基料，可填充使用过程中滑板工作面产生的微细裂纹和由于脱落产生的缺陷，减缓裂纹的扩展速度，有效地提高了含碳滑板的抗氧化性和滑板间的润滑性，降低摩擦力，改善滑板的使用性能，从而延长滑板的使用寿命。

现结合附图和实施例对本发明所提出的含碳滑动水口滑板保护涂料作进一步描述。

附图说明

图1：表面涂敷保护涂料和未涂敷保护涂料的Al₂O₃-C(7％)滑板试样氧化后切断面。

图2：表面涂敷保护涂料和未涂敷保护涂料的电融Al₂O₃-SiO₂-C(5％)滑板试样氧化后切断面和表面。

图3：表面涂敷保护涂料和未涂敷保护涂料的MgO-C(10％)砖试样氧化后切断面。

图4：涂敷滑板保护涂料后电融Al₂O₃-SiO₂-C(5％)滑板砖脱碳层的变化。

图5：涂敷各种滑板保护涂料前后电融Al₂O₃-SiO₂-C(5％)滑板砖脱碳层的变化。

图6：滑板间静摩擦力测定装置示意图。

图7：滑板间静摩擦力(开始滑动的动力)和荷重之间的关系。

图8：涂敷各种滑板保护涂料后滑板试样间静摩擦系数。

图9：钢包滑动水口示意图。

图10：150t钢包滑动水口照片。

图11：150吨钢包滑动水口滑板间摩擦力的测定试验装置示意图。

图12：滑板滑动时的启动电流记录。

图13：保护涂料中TeO的添加量和熔融铁之间接触角之间的关系。

图14：玻璃板上滑板保护涂料的涂敷量和干燥速度的比较结果。

图1中：左图为表面涂敷保护涂料，右图为表面未涂敷保护涂料，氧化温度：1200℃，氧化时间：6小时，气氛：空气。

图2中：左图为氧化前试样表面涂敷保护涂料，右图为表面未涂敷保护涂料，氧化温度：1200℃，氧化时间：6小时，气氛：空气。

图3中：左图为氧化前试样表面涂敷保护涂料，右图为表面未涂敷保护涂料，氧化温度：1200℃，氧化时间：6小时，气氛：空气。

图4中：氧化时间：6小时、空气中。

图5中：氧化温度：1400℃、氧化时间：6小时、空气中。

图13中：温度：1600℃，气氛：氩气(纯度99.9％)；熔融铁：电解铁(纯度99.99％)；基板：电熔致密氧化铝板(厚度2mm，纯度97％，空隙铝0％)的表面涂敷滑板保护涂料后在1400℃、空气中氧化3小时，将涂膜中的石墨全部氧化，剩下组分在基板表面成膜；将重3～4g的圆柱形电解铁试样放在基板上，在氩气保护气氛下升温至1600℃，用相机记录熔融电解铁液滴的形貌，由此照片测定电解铁和基板的接触角。

具体实施方法

实施例：

本含碳滑动水口滑板保护涂料已经多次实验使用，表1为本含碳滑动水口滑板保护涂料的使用配方汇总表。

表1含碳滑动水口滑板保护涂料的使用配方汇总表

其中，鳞片状石墨的平均粒径为7μm、氮化硼粉体的平均粒径为0.6μm、氧化铝的平均粒径为0.08μm、硅酸锆的平均粒径0.07μm、氧化碲的平均粒径0.1μm、磷酸铝为磷酸二氢铝、分散剂为CMC和膨润土。

对比例

一、抗氧化性

结合参看图1，图2和图3，它们是在表面涂敷滑板保护涂料批号①和不涂敷滑板保护涂料的滑板试样(40×40×40mm)在1200℃，空气中氧化6小时后试样的切断面和试样表面的照片。

图4显示了使用本发明的滑板保护涂料批号①后电融Al₂O₃-SiO₂-C(5％)滑板试样(40×40×40mm)在400～1400℃，空气中氧化6小时后脱碳层平均厚度和未涂敷保护涂料滑板的脱碳层平均厚度的对比情况。

图5是电融Al₂O₃-SiO₂-C(5％)滑板砖试样及涂敷各种滑板保护涂料后在1400℃、空气中氧化6小时后的脱碳层厚度的对比情况。

综合上述实验结果表明，在滑板表面涂敷上述保护涂料均可提高滑板的抗氧化性，其中涂敷批号①、③、⑤、⑦、⑧保护涂料可大幅减少滑板表面的脱碳层厚度，即提高滑板的抗氧化性能。

二、润滑特性

结合参考图6，图6是测定滑板试样滑动面摩擦力的实验装置的示意图。将上下滑板试样(接触面积44mm×44mm)放在水平的实验台的玻璃上，并在上滑板试样上放重物，此重物与上滑板重量之和为滑动面载荷W。用滴定管向盛水容器中缓慢的注入水滴(20滴/min)，上滑板试样开始滑动瞬间水和盛水容器的重量之和为静摩擦力F。设k为静摩擦系数、则：F＝k×W.

参考图7，图7是滑板材料之间静摩擦力的测定结果。曲线I是将电融Al₂O₃-SiO₂-C(5％)烧结滑板材料试样在1200℃、空气中氧化3小时形成脱碳层后，再向其表面涂敷①所述滑板保护涂料后滑板试样间的静摩擦力的测定结果。曲线II是新的电融Al₂O₃-SiO₂-C(5％)烧结滑板材料试样间的静摩擦力的测定结果。

由图7可知，表面脱碳后的滑板试样涂敷本发明滑板保护涂料批号①，可使滑板间的摩擦力维持在新滑板的水平，且其静摩擦系数稍微降低。

参考图8，图8是新的电融Al₂O₃-SiO₂-C(5％)烧结滑板试样间的静摩擦系数和将其在1200℃、空气中氧化3小时形成脱碳层，然后涂敷各种滑板保护涂料后所测定的静摩擦系数的比较结果。

由图8可知，在高温脱碳后的滑板试样表面涂敷保护涂料批号①、②、④、⑥号保护涂料，均可使滑动面的静摩擦系数小于新滑板试样之间的静摩擦系数0.25。

图9是钢包滑动水口示意图，图10是150吨钢包滑动水口滑板的照片，图11是在150吨钢包滑动水口测试滑动面摩擦力装置的示意图。

涂敷滑板保护涂料前，将滑板加热到400～700℃。涂敷后，再加热使滑板表面薄膜温度保持在400℃以上的状态下滑动。滑动面加载压力为10.1吨。

结合参考图12，图12是在150t钢包滑动水口的滑板表面涂敷本发明滑板保护涂料和DAIKA SHEET CO.，LTD.产润滑涂料后，滑板滑动过程中驱动电机电流变化记录。用此电流值表示滑板的摩擦力、电流值越大，滑板间摩擦力越大。

图12显示，在滑动水口滑动面涂敷本发明滑板保护涂料后对滑板间静摩擦力的影响和DAIKA SHEET CO.，LTD.产润滑涂料的影响相同，经多次滑动其静摩擦力基本保持稳定。

三、抗熔融铁液的渗透性能

在电融氧化铝薄板(厚度2mm)涂敷滑板保护涂料批号⑧、⑨、①、⑩、

(涂料固体组分中氧化碲含量分别是0、0.25wt％、0.50wt％、0.75wt％、1.0wt％)，经1400℃空气中3小时氧化将其石墨完全氧化形成不含石墨的薄膜后，再在1600℃、纯氩(纯度99.99％)气氛下测定了熔融电解铁(纯度99.9％)和电融氧化铝薄板或薄膜之间的接触角。

结合参考图13，图13是涂膜中氧化碲添加量对接触角的影响的实验结果。图13显示，保护涂料中添加氧化碲将增大涂膜和熔融铁的接触角，即提高涂膜的抗熔融钢液的渗透能力。

四、室温干燥特性

结合参考图14，图14是在玻璃板上涂敷保护涂料批号①后，在25℃恒温室中的脱水率(失重百分数)和干燥时间之间关系。

由图14可知，在室温下，将滑板保护涂料涂敷在玻璃板上2小时后能干燥成膜。

从以上对比例可以明显地看出：本发明所提出含碳滑动水口滑板保护涂料具有高抗氧化性和高渗透性，有效地提高了滑板的润滑性，降低了摩擦力，改善了滑板的使用性能，延长了滑板的使用寿命。

Claims (3)

1.一种含碳滑动水口滑板保护涂料，按重量百分比，主要由以下组分和含量组成：水65-75％、固体微粉25-35％、少量纤维素类分散剂和粘度调节剂，固体微粉稳定均匀地分散在水中形成多相悬浮液体，其中固体微粉，按重量百分比，由以下组分和含量组成：

鳞片状石墨    50-80％；

氧化铝        5-22％；

氮化硼        1-15％；

磷酸铝        10-22％；

硅酸锆        2-5％；

氧化碲        0.1-1％；其余为少量杂质。

2.根据权利要求1所述的含碳滑动水口滑板保护涂料，其特征在于将滑板保护涂料涂敷在滑板表面形成保护薄膜，提高滑板的抗氧化性能和润滑性能，以此达到延长滑板的使用寿命的目的。

3.根据权利要求1或2所述的含碳滑动水口滑板保护涂料，其特征在于滑板保护涂料涂敷在冷滑板或涂敷在热滑板的表面形成保护薄膜。

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