CN101928480A

CN101928480A - 一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法

Info

Publication number: CN101928480A
Application number: CN 201010274330
Authority: CN
Inventors: 顾华志; 胡开艳; 李维锋
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: CN101928480B

Abstract

本发明具体涉及一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法。其技术方案是：先将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％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料20～40wt％的硅溶胶或40～60wt％的液体水玻璃，再外加上述混合料50～60wt％的水，混磨20～40分钟，制成抗氧化涂料。然后将制成的抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖的表面，自然干燥，于110℃条件下烘干；最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1150～1250℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。本发明具有工艺简单、成本低廉的特点，能在500℃～1200℃范围内成釉，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层具有良好的防氧化性能。

Description

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法

技术领域

本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法。

背景技术

帘线钢作为一种精品钢，由于其工作条件及安全性能的要求，对钢的纯净度要求很高，必须严格控制夹杂物组成，如一股不允许有＞30μm的夹杂物存在，特别是Al₂O₃及铝酸钙类夹杂物因不具可塑性，亦不允许存在。因此，耐火材料的合理选择是保证钢材质量的重要因素。

镁碳砖因其良好的抗渣侵蚀和渗透性、抗热震性而被应用于帘线钢冶炼钢包。但其最大问题是，镁碳砖含有高温下容易氧化的石墨和结合剂酚醛树脂，800～1100℃烘烤后，必然产生碳氧化而出现明显的脱碳层，导致材料组织结构疏松，强度降低。在熔渣侵蚀和机械冲刷等作用下，氧化镁颗粒逐渐被熔蚀、脱落而损毁，从而影响其使用寿命。因此，在使用过程中如何降低其氧化速度，对延长其使用寿命，降低吨钢耐火材料消耗具有重要意义。

为了提高含碳耐火材料抗氧化性，通常采用的方法有：添加抗氧化剂法、气氛保护法和涂层隔离法等。对于钢包镁碳砖来说，气氛保护法不现实，添加抗氧化剂法不能很好地解决抗氧化问题，相比之下，涂层隔离法可以实现较高温度下材料的抗氧化，是含碳材料抗氧化最有效的手段。

在制备含碳材料抗氧化涂层方面，相关的改进技术较多，如“铝炭耐火材料防氧化涂料及其制备”(CN1066078)专利技术、‘“铝碳耐火材料制品防氧化涂层制备方法”(CN101475403A)专利技术和“一种含碳耐火材料防氧化涂料”(CN1670092A)专利技术等。虽然上述专利技术均不同程度提高了含碳材料的防氧化能力，但其制备工艺比较复杂，生产成本也较高，所制备的涂层组成中都含有Al₂O₃的组分，这将会导致钢水增铝，显著影响帘线钢钢材的质量。

发明内容

本发明旨在克服已有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低廉、在500℃～1200℃范围内成釉的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将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％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料20～40wt％的硅溶胶或40～60wt％的液体水玻璃，再外加上述混合料50～60wt％的水，混磨20～40分钟，制成抗氧化涂料。

然后将制成的抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖的表面，自然干燥，于110℃条件下烘干；最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1150～1250℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

其中：SiC纯度≥93％，粒径小于0.088mm；熔融石英纯度＞99％，粒径小于0.088mm；硼玻璃的粒径小于0.088mm，其主要化学成分是：SiO₂为20～30wt％，B₂O₃为40～50wt％，Na₂O为10～20wt％；CaO纯度＞98％，粒径小于0.088mm；MgO纯度＞95％，粒径小于0.088mm；硅溶胶的SiO₂含量为25～35％，pH值为9～10；液体水玻璃模数为3.2～3.5，比重为1.32～1.38。

由于采用上述技术方案，本发明以SiC、熔融石英和硼玻璃为主要原料，制得无铝抗氧化涂料。将制备好的无铝抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖表面，经干燥、烘干和高温烧成，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层在相对较低的温度下(约低于500℃)，硼玻璃首先熔化，在镁碳砖表面铺展，通过镁碳砖表面的气孔和裂纹向其内部渗透和扩散，从而起到阻止氧气进入的作用。随着温度升高，SiC细粉开始氧化形成SiO₂，并和硼玻璃互溶，使玻璃相粘度和软化点提高，而未氧化的SiC及熔融石英均匀钉扎在玻璃相中，阻止涂层升温、冷却裂纹的形成和扩展，在砖体表面形成使用温度可达到1200℃的致密无铝保护层，从而隔绝空气，提高材料整体致密度。且由于涂层玻璃相对镁碳砖基体的保护作用，使得镁碳砖的强度也相对提高。

本发明与现有技术相比具有以下优点：所需原料价格低廉，实施工艺简单，易于规模化生产；经过涂层处理的镁碳砖试样表面致密，未发现裂纹、空洞等缺陷：涂层与镁碳砖基体之间结合性能良好；本发明的防氧化涂层工作温度为500℃～1200℃，在这一温度范围内呈现熔融状态，涂层具有良好的防氧化性能。

总之，本发明所制备的镁碳砖无铝抗氧化涂层生产成本低廉，成釉温度范围较宽，涂层致密，采用本发明处理过的镁碳砖具有优异的抗氧化性能。且不含铝的特性满足帘线钢冶炼工艺要求。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

为避免重复，先将本具体实施方式所涉及到的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：SiC纯度≥93％，粒径小于0.088mm；熔融石英纯度＞99％，粒径小于0.088mm；硼玻璃的粒径小于0.088mm，其主要化学成分是：SiO₂为20～30wt％，B₂O₃为40～50wt％，Na₂O为10～20wt％；CaO纯度＞98％，粒径小于0.088mm；MgO纯度＞95％，粒径小于0.088mm；硅溶胶的SiO₂含量为25～35％，pH值为9～10；液体水玻璃模数为3.2～3.5，比重为1.32～1.38。

实施例1

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法：先将40～45wt％的硼玻璃、10～15wt％的SiC、30～35wt％的熔融石英、1～3wt％的MgO、5～8wt％的CaO和0.1～0.15wt％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料20～25wt％的硅溶胶和50～55wt％的水，混磨20～40分钟，制成抗氧化涂料。然后将制成的抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖的表面，自然干燥，于110℃条件下烘干，烘干时间≥8h。最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1150～1200℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

烧成后的镁碳砖表面有一玻璃状釉层，表面致密，未发现裂纹和空洞等缺陷，即为镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层与镁碳砖结合牢固，切开镁碳砖，内部无氧化痕迹。

经检测：本实施例1所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖，1200℃×0.5h后耐压强度为45.5～50.2MPa，氧化失重率为4.9～5.5％；未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖的耐压强度为26.7～32.8MPa，氧化失重率为13.78～15.20％。

实施例2

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法：先将45～50wt％的硼玻璃、10～15wt％的SiC、25～30wt％的熔融石英、2～4wt％的MgO、7～10wt％的CaO和0.2～0.25wt％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料25～30wt％的硅溶胶和55～60wt％的水，混磨20～40分钟，制成抗氧化涂料。然后将制成的涂料均匀地涂刷在镁碳砖表面，自然干燥，于110℃条件下烘干，烘干时间≥8h；最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1200～1250℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

经检测：本实施例2中所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖，1200℃×0.5h后耐压强度为38.0～49.5MPa，氧化失重率为4.1～9.5％；未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖的耐压强度为26.7～32.8MPa，氧化失重率为13.78～15.20％。

实施例3

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法：先将50～55wt％的硼玻璃、15～20wt％的SiC、20～25wt％的熔融石英、2～4wt％的MgO、5～7wt％的CaO和0.25～0.3wt％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料30～35wt％的硅溶胶和50～55wt％的水，混磨20～40分钟，制成无铝抗氧化涂料。然后将制成的涂料均匀地涂刷在镁碳砖表面，自然干燥，于110℃条件下烘干，烘干时间≥8h；最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1150～1200℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

经检测：本实施例3所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖，1200℃×0.5h后耐压强度为39.5～50.6MPa，氧化失重率为5.10～5.25％；未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖的耐压强度为26.7～32.8MPa，氧化失重率为13.78～15.20％。

实施例4

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法：先将55～60wt％的硼玻璃、5～10wt％的SiC、25～30wt％的熔融石英、3～5wt％的MgO、6～8wt％的CaO和0.15～0.2wt％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料35～40wt％的硅溶胶和55～60wt％的水，混磨20～40分钟，制成无铝抗氧化涂料。然后将制成的无铝抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖的表面，自然干燥，于110℃条件下烘干，烘干时间≥8h，最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1200～1250℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

经检测：本实施例4所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖，1200℃×0.5h的耐压强度为46.7～52.8MPa，氧化失重率为3.3～6.5％；未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖的耐压强度为26.7～32.8MPa，氧化失重率为13.78～15.20％。

实施例5

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法：先将40～45wt％的硼玻璃、10～15wt％的SiC、30～35wt％的熔融石英、1～3wt％的MgO、5～8wt％的CaO和0.1～0.15wt％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料40～45wt％的液体水玻璃和上述混合料50～55wt％的水，混磨20～40分钟，制成抗氧化涂料。然后将制成的抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖的表面，自然干燥，于110℃条件下烘干，烘干时间≥8h。最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1150～1200℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

经检测：本实施例5所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖，1200℃×0.5h后耐压强度为51.6～52.8MPa，氧化失重率为4.17～4.96％。未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖的耐压强度为26.7～32.8MPa，氧化失重率为13.78～15.20％。

实施例6

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法：先将45～50wt％的硼玻璃、10～15wt％的SiC、25～30wt％的熔融石英、2～4wt％的MgO、7～10wt％的CaO和0.2～0.25wt％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料45～50wt％的液体水玻璃和上述混合料55～60wt％的水，混磨20～40分钟，制成抗氧化涂料。然后将制成的涂料均匀地涂刷在镁碳砖表面，自然干燥，于110℃条件下烘干，烘干时间≥8h；最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1200～1250℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

经检测：本实施例6所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖，1200℃×0.5h后耐压强度为45.9～49.8MPa，氧化失重率为3.85～10.12％；未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖的耐压强度为26.7～32.8MPa，氧化失重率为13.78～15.20％。

实施例7

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法：先将50～55wt％的硼玻璃、15～20wt％的SiC、20～25wt％的熔融石英、2～4wt％的MgO、5～7wt％的CaO和0.25～0.3wt％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料50～55wt％的液体水玻璃和上述混合料50～55wt％的水，混磨20～40分钟，制成无铝抗氧化涂料。然后将制成的涂料均匀地涂刷在镁碳砖表面，自然干燥，于110℃条件下烘干，烘干时间≥8h；最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1150～1200℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

经检测：本实施例7所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖：1200℃×0.5h后耐压强度为45.9～51.8MPa，氧化失重率为4.79～8.32％；未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖的耐压强度为26.7～32.8MPa，氧化失重率为13.78～15.20％。

实施例8

一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法：先将55～60wt％的硼玻璃、5～10wt％的SiC、25～30wt％的熔融石英、3～5wt％的MgO、6～8wt％的CaO和0.15～0.2wt％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料55～60wt％的液体水玻璃和上述混合料55～60wt％的水，混磨20～40分钟，制成无铝抗氧化涂料。然后将制成的无铝抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖的表面，自然干燥，于110℃条件下烘干，烘干时间≥8h，最后将烘干的镁碳砖置于高温炉中，升温至1200～1250℃，保温20～40分钟，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。

经检测：本实施例8所制备的具有无铝抗氧化涂层的镁碳砖：1200℃×0.5h的耐压强度为47.5～52.7MPa，氧化失重率为3.23～6.15％；未有无铝抗氧化涂层的相同镁碳砖耐压强度为26.7～32.8MPa，氧化失重率为13.78～15.20％。

本具体实施方式以SiC、熔融石英、硼玻璃为主要原料，制得无铝抗氧化涂料。将制备好的无铝抗氧化涂料均匀地涂刷在镁碳砖表面，经干燥、烘干和高温烧成，制得镁碳砖无铝抗氧化涂层。该涂层在相对较低的温度下(约低于500℃)，硼玻璃首先熔化，在镁碳砖表面铺展，通过镁碳砖表面的气孔和裂纹向其内部渗透和扩散，从而起到阻止氧气进入的作用。随着温度升高，SiC细粉开始氧化形成SiO₂，并和硼玻璃互溶，使玻璃相粘度和软化点提高，而未氧化的SiC及熔融石英均匀钉扎在玻璃相中，阻止涂层升温、冷却裂纹的形成和扩展，在砖体表面形成使用温度可达到1200℃的致密无铝保护层，从而隔绝空气，提高材料整体致密度。且由于涂层玻璃相对镁碳砖基体的保护作用，使得镁碳砖的强度也相对提高。

本具体方式与现有技术相比具有以下优点：所需原料价格低廉，实施工艺简单，易于规模化生产；经过涂层处理的镁碳砖试样表面致密，未发现裂纹、空洞等缺陷：涂层与镁碳砖基体之间结合性能良好；本发明的防氧化涂层工作温度为500℃～1200℃，在这一温度范围内呈现熔融状态，涂层具有良好的防氧化性能。

Claims

1.一种镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法，其特征在于先将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％的羧甲基纤维素混合，外加上述混合料20～40wt％的硅溶胶或40～60wt％的液体水玻璃，再外加上述混合料50～60wt％的水，混磨20～40分钟，制成抗氧化涂料。

2.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法，其特征在于所述的SiC纯度≥93％，粒径小于0.088mm。

3.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法，其特征在于所述的熔融石英纯度＞99％，粒径小于0.088mm。

4.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法，其特征在于所述的硼玻璃的主要化学成分是：SiO₂为20～30wt％，B₂O₃为40～50wt％，Na₂O为10～20wt％；粒径小于0.088mm。

5.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法，其特征在于所述的CaO纯度＞98％，粒径小于0.088mm。

6.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法，其特征在于所述的MgO纯度＞95％、粒径小于0.088mm。

7.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法，其特征在于所述的硅溶胶的SiO₂含量为25～35％，pH值为9～10。

8.根据权利要求1所述的镁碳砖无铝抗氧化涂层的制备方法，其特征在于所述的液体水玻璃模数为3.2～3.5，比重为1.32～1.38。