CN103232216B - 提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料及其涂覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料，由以下组分按质量百分比均匀混合而成：粘结剂10%～40%；分散剂1%～15%；耐火材料填料10%～80%；水10%～30%；所述耐火材料填料与需车削耐火材料的成分一致。本发明的有益效果主要体现在：在使用过程中其中的耐火材料填料可以起到修复车削后含碳耐火材料表面凹坑的效果，进而提高外层抗氧化涂料的涂覆，改善施釉以及釉面烧成状况，以及后期烧成效果。

Description

提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料及其涂覆方法

技术领域

本发明涉及一种提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料及其涂覆方法，属于防氧化涂层技术。

背景技术

含碳耐火材料以其优良的抗渣性，高导热性以及高热震稳定性而广泛应用于钢铁冶金领域，如镁碳砖炉衬，连铸用三大件等。但其中所含树脂炭以及石墨等在高温情况下极易被空气氧化，造成产品表层脱碳等情况，严重影响产品使用寿命。目前，除了在产品中添加抗氧化剂外，使用表面釉层以隔绝空气的方法被广泛应用于防止含碳耐火材料氧化。 

该抗氧化涂层的制备方法也在多项专利中进行了论述。 

ZL201010274330.1，公开了一种无铝抗氧化涂料，主要组成是40~80wt％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20~40wt％的硅溶胶或40~80wt％的液体水玻璃，再外加上述混合料50~80wt％的水，混磨20~40分钟，制成抗氧化涂料。

ZL02110690.8，公开了一种含碳耐火材料抗氧化涂料，采用长石粉，蜡石粉，玻璃和金属氧化物为填料，以改性硅酸为结合剂。

ZL200510018443.4，公开了一种防氧化涂料，包括填料，硅微粉，黄糊精和水，其中填料主要包括长石粉和硼酸等。

ZL201010156945.4，用于氧化铝-碳化硅-碳砖表面的抗氧化涂料。公开了一种抗氧化涂料，其中包括组分A和组分B，组分A是釉料粉50~70，a-Al2O3微粉2~5，膨润土粉1~7，SiO2微粉1~3和碳化硅粉26~35形成的粉状物，其中釉料粉由硼砂40~80，石英12~18，碳酸钠8~15，方解石12~15和钠长石8~12混合的细粉。

ZL200910116102.9，公开了一种防氧化涂层的制备方法，其中原料物质为钾长石10~50，钠长石10~40，球粘土5~30，玻璃熔块10~40和硅粉3~7，碳化硼1~10，该氧化涂层再400~1300度范围内呈现熔融状态。

以上专利均以在高温状态下得到熔融玻璃相作为外层保护材料为目标，进而达到隔绝空气的目的。为得到低温熔融的玻璃相熔融涂层，扩大防护温度范围，该类防氧化涂层组分中均含有大量硼，钠，钾等元素的化合物, 以期促进釉面熔融，但均未涉及材料表面状况对其釉面烧成性能的影响。

作为功能材料的含碳耐火材料产品，为了达到其特殊使用要求必须对产品尺寸进行控制，因此后期的车削工艺已成为该种材料制造技术中不可缺少的重要环节。

然而，与一般材料不同，含碳耐火材料基质中的树脂炭和石墨的硬度比氧化物或者非氧化物耐火材料颗粒小，且基质中其他陶瓷相对氧化物颗粒的包覆强度也相对较小，导致在车削过程中陶瓷颗粒容易剥落。如果材料中陶瓷颗粒较大，将在材料表面形成明显凹坑，导致车削处理后的含碳耐火材料表面粗糙，不易施釉。在施釉过程中极易由于表面润湿不均出现釉面厚度偏差和出现釉面针孔等情况，并在釉面熔融过程中进一步导致熔融釉面应力分布不均，进而出现熔融釉的表面迁移并导致表面针孔扩大等情况，最终造成内部基底含碳材料氧化。

由于上述原因，目前的防氧化涂料和技术手段很难对车削后的耐火材料起到良好防护作用。如无其他辅助手段，将无法避免施釉后的表面针孔和烧成后的基底氧化。

此前，部分炭/炭复合材料防氧化涂层也曾经通过使用过渡内层的方法提高施釉性能。ZL200610145667，公开了一种炭/炭复合材料防氧化涂层，该涂层由底层和外层构成，底层是将0.5~2g的Al(OH)₃和5~15g 的Zn₃(PO₄)₂·4H₂O分别溶入H₃PO₄中得到透明溶液后再加入水，再将该溶液涂刷在炭/炭复合材料表面，在氮气气氛或真空保护下500℃~900℃进行热处理，再继续涂刷外层涂层；同样的，ZL02139410.5也同样公开了一种防氧化涂料。

但现有的用于炭/炭复合材料的预浸液，均需高温热处理（>500℃）后再进行外层抗氧化涂料的涂覆。一般认为，在高温处理预浸液时，预浸液中的化学成分会与内层炭/炭复合材料进行化学反应，为化学涂覆。涂覆后需等待化学反应完全后进行后续抗氧化层的处理等，工艺复杂繁琐。

现有的炭/炭复合材料防氧化涂层用内层预浸液均为磷酸盐透明溶液，无耐火材料填料，其目的为了提高炭/炭复合材料与外层涂料的润湿性。并不能解决耐火材料釉面性能及基底材料的氧化问题等情况。

发明内容

本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料及其涂覆方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料，由以下组分按质量百分比均匀混合而成：

粘结剂     10%~40%；

分散剂     1%~15%；

耐火材料填料    20%~70%；

水     10%~30%；

所述耐火材料填料与需车削耐火材料的成分一致。

优选地，所述粘结剂为硅溶胶，所述分散剂为甲基纤维素及粘土，所述甲基纤维素在组成中的质量百分比为0.1%~2%，粘土为0.9%~13%。

本发明中分散剂并不限于甲基纤维素和粘土，淀粉、糊精、以及其他众所周知的分散剂均可使用。同样的，作为硅溶胶的粘结剂，也可采用水玻璃以及其他众所周知的耐火材料粘结剂代为使用。

优选地，所述耐火材料填料粒径为200目以下。耐火材料填料可以为Al2O₃、 ZrO₂、MgO以及SiC。但本发明中耐火材料填料并不限于Al2O₃、ZrO₂、MgO、SiC，其他众所周知的耐火材料填料均可使用。

优选地，所述的提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料的涂覆方法，包括如下步骤，

步骤一、将内层涂料涂覆于车削后的耐火材料表面, 并进行固化处理，处理温度为50℃~200℃，保温时间1~2小时； 

步骤二、将外层抗氧化涂料涂覆在内层涂料表面,完成涂覆工艺;

步骤三、对涂覆后的耐火材料在800℃~1400℃空气气氛中进行1~4小时的烧成。 

本发明的有益效果主要体现在：在使用过程中其中的耐火材料填料可以起到修复车削后含碳耐火材料表面凹坑的效果，进而提高外层抗氧化涂料的涂覆效果，改善施釉以及釉面烧成状况，以及后期烧成和抗氧化效果。

本发明所述内层涂料为高熔点耐火材料涂料，根据基底含碳耐火材料的不同，可以采用多种耐火材料填料以弥补基底和内层的不匹配现象。且由于不含硼、钠等促熔剂，能在高温状态下烧结却不熔融塌陷，保证了高温使用过程中内层涂料的均匀分布和外层釉面的均匀熔融，避免产生釉面缺陷以致损坏内部材料。这是现有技术中未揭示的。

具体原因是由于烧结（熔融）促进剂的作用是在高温状态下与其他组分形成具有低熔点的组分，为玻璃相。在高温下呈现为具有一定粘度的液态物质，该物质可以起到隔绝空气的作用；而本发明的产品需要在高温下保持固体形态，虽然硅溶胶、粘土和陶瓷填料之间也会发生反应，但不会产生熔融状的液态物质。

本发明中硅溶胶、甲基纤维素 和粘土烘干水分之后都可以作为低温粘结剂使用；除此之外，甲基纤维素和粘土还是悬浮剂，提高填料颗粒的悬浮稳定性，防止快速沉淀。另外，硅胶和粘土和耐火填料之间还可能发生反应，形成高温结合相。经混合后，会形成具有高度分散和稳定性能的耐火材料泥浆，但材料之间在低温不会发生化学反应。

同时，本发明中的内层涂料在继续涂覆外层抗氧化涂料时不需高温处理，仅需低温（≤200℃）烘干且不会与基底材料反应，为物理涂覆，相对化学涂覆，本发明中的物理涂覆使得整个工艺条件降低且步骤简化，最后的效果明显。

本发明针对不同耐火材料底料，改变的仅是耐火材料(陶瓷)填料，不会额外加入更多的烧结促进剂。

具体实施方式

以下结合实施例具体阐述下本发明，以使本发明能更好的理解。

实施例一

取车削后的Al₂O₃-C耐火材料试样，采取本发明技术方案进行内部涂层处理。

内部涂层的制备过程如下：

首先，该涂层按如下质量分数进行制备：30%的硅溶胶、22%的水、0.1%的甲基纤维素、4.9%的粘土及43%的氧化铝细粉，氧化铝细粉的粒径为325目以下，混合均匀后得到该涂层材料。

接着，将该涂料刷在车削后的Al₂O₃-C耐火材料试样表面，并在100℃下进行烘干1h。

然后，取拥有内层涂料的样品和没有内层涂料的样品分别进行商用抗氧化涂料的涂覆，并烘干；

最后，样品经1000℃空气气氛烧成3小时进行对比，无内层的样品表面釉层出现明显针孔，基底材料出现明显氧化，氧化厚度为0.5~1mm.而拥有内层材料的样品釉层熔融均匀，表面无针孔出现，切面无氧化。

实施例二

取车削后的ZrO₂-C耐火材料试样，采取本发明技术方案进行内部涂层处理。

内部涂层的制备过程如下：

首先，该涂层按如下质量分数进行制备：12%的硅溶胶、13%的水、1%的甲基纤维素、4%的粘土及70%的ZrO₂细粉，细粉粒径为325目以下，混合均匀后得到该涂层材料； 

接着，将该涂料刷在车削后的ZrO₂-C耐火材料试样表面，并在100℃进行烘干1h。

然后，取拥有内层涂料的样品和没有内层涂料的样品分别进行商用抗氧化涂料的涂覆并烘干。

最后，样品经1000℃空气气氛烧成3小时后对比，无内层的样品表面釉层出现明显针孔，基底材料出现明显氧化和大范围剥落情况，氧化厚度>10 mm，而拥有内层材料的样品釉层熔融均匀，表面无针孔出现，切面无氧化。

实施例三

取车削后的MgO-C耐火材料试样，采取本发明技术方案进行内部涂层处理。

内部涂层的制备过程如下：

首先，该涂层按如下质量分数进行制备：37%的硅溶胶、30.5%的水、0.5%的甲基纤维素、12%的粘土及20%的MgO细粉，细粉粒径为325目以下，混合均匀后得到该涂层材料。

接着，将该涂料刷在车削后的MgO-C耐火材料试样表面，并在100℃进行烘干1h。

然后，取拥有内层涂料的样品和没有内层涂料的样品分别进行商用抗氧化涂料的涂覆，并烘干；

最后，样品经1000℃空气气氛烧成3小时后，无内层的样品表面釉层出现明显针孔，基底材料出现明显氧化，氧化厚度约2mm，而拥有内层材料的样品釉层熔融均匀，表面无针孔出现，切面无氧化。

实施例四

取车削后的SiC-C耐火材料试样，采取本发明技术方案进行内部涂层处理。

内部涂层的制备过程如下：

首先，该涂层按如下质量分数进行制备：20%的硅溶胶、27%的水、2%的甲基纤维素、1%的粘土及50%的氧化铝细粉，氧化铝细粉的粒径为325目以下，混合均匀后得到该涂层材料。

接着，将该涂料刷在车削后的SiC-C耐火材料试样表面，并在100℃下进行烘干1h。

然后，取拥有内层涂料的样品和没有内层涂料的样品分别进行商用抗氧化涂料的涂覆，并烘干；

最后，样品经1000℃空气气氛烧成3小时进行对比，无内层的样品表面釉层出现明显针孔，基底材料出现明显氧化，氧化厚度为0.5~1mm.而拥有内层材料的样品釉层熔融均匀，表面无针孔出现，切面无氧化。

当然，本发明尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (2)

1.提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料，其特征在于：由以下组分按质量百分比均匀混合而成：

粘结剂     10%~40%；

分散剂      1%~15%；

耐火材料填料    20%~70%；

水     10%~30%；

所述耐火材料填料与需车削耐火材料的成分一致；所述粘结剂为硅溶胶，所述分散剂为甲基纤维素及粘土，所述甲基纤维素在组成中的质量百分比为0.1%~2%，所述粘土为0.9%~13%；所述耐火材料填料的粒径为200目以下。

2.根据权利要求1所述的提高车削后含碳耐火材料施釉性能的内层涂料的涂覆方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一、将内层涂料涂覆于车削后的耐火材料表面，并进行固化处理，处理温度为50℃~200℃，保温时间1~2小时； 

步骤二、将外层抗氧化涂料涂覆在内层涂料表面，完成涂覆工艺；

步骤三、对涂覆后的耐火材料在800℃~1400℃空气气氛中进行1~4小时的烧成。