CN103771883B - 纳米防渗碳涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

纳米防渗碳涂料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种纳米防渗碳涂料及其制备方法和应用,按配比称取氧化铝,三氧化二铬,二氧化硅,碳化硅,钾长石,膨润土,滑石粉,硅酸钠,黄原胶,液态硅酸钾,液态硅酸锂,膨润土和黄原胶需分别提前两天用少量水水发,水发好的膨润土和黄原胶与液态水玻璃低速搅拌下混合均匀,加入氧化铝、三氧化二铬、二氧化硅、碳化硅、钾长石、滑石粉、硅酸钠湿磨球磨混合制得纳米防渗碳涂料。该涂料用于铸铁冷却壁内低碳钢管表面涂刷或喷涂形成涂层。通过加入纳米粉料使涂层产生一定程度的小尺寸效应,增强涂层的防渗碳能力和附着力,提高铸铁冷却壁的质量和使用寿命。

Description

纳米防渗碳涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于铸造或热处理涂料技术领域,具体地说涉及一种纳米防渗碳涂料,用于铸铁冷却壁冷却水管的防渗碳处理。
背景技术
随着冶炼行业的快速发展,大型高炉的兴起与日俱增,为了提高炼铁高炉的使用寿命,对高炉冷却壁的质量要求更加严格。高炉铸铁冷却壁的冷却原理是炉内热量依次传给耐火材料衬里、冷却壁铸铁基体、无缝钢管壁,最终由钢管中的循环冷却水把热量带出炉外。由此可见,高炉铸铁冷却壁的主要任务是起冷却散热作用。
在铸铁冷却壁浇铸过程中,铸铁中的碳原子在高温下往往会通过扩散过程而进入冷却壁的冷却水钢管的管壁中,冷却水管一般是用低碳钢制作而成,当冷却水管渗碳后,珠光体含量增加,严重时会出现游离态碳化物。当冷却水管渗碳后,随着珠光体含量的逐步增加,韧性逐渐下降,导致冷却壁工作状态下抵抗热波动的能力变差,缩短其使用寿命。在铸铁冷却壁铁水浇铸和铸铁冷却过程中,冷却壁铸铁基体与钢管由于热胀冷缩条件不同产生的间隙大于0.1mm,行业内称之为气隙。通过做冷却壁热态实验和传热学计算分析,0.1mm气隙产生的热阻大于185mm厚的铸铁本体,高炉内热量不能有效地通过冷却水传递出去,冷却壁热面长期工作在高温状态下,造成冷却壁机械性能大大下降,冷却壁铸铁基体破损,同时冷却水管在高温热交变应力作用下,开裂漏水,造成冷却壁设备失效,影响高炉24小时连续顺行生产。因此,冷却壁的冷却水管防渗碳效果和气隙大小是直接影响冷却壁质量与寿命的重要参数。
从化学角度来说防渗碳主要是利用一些化学稳定性很高的物质,通过物理隔绝来实现。解决防渗碳主要途径有:通过热喷涂在冷却壁水管上喷涂一层合金材料或氧化物;或者涂刷一层涂料以防止渗碳。前者技术上可行的,造价昂贵;后者的解决方法相对经济的,但市面上相应的产品,在浇注过程中产生的气隙均大于0.1mm,涂层本身的导热率较低,与冷却水管的结合力也较差,涂层易脱落,难以满足铸铁冷却壁的恶劣工况条件。基于现有商业涂料的缺点,以及代替工艺的昂贵成本,研究低气隙、高效率、性能好、低成本的水基涂料,是今后相关涂料发展的必然趋势。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足提供一种纳米防渗碳涂料及其制备方法和应用,通过加入纳米粉料使涂层产生一定程度的小尺寸效应,增强涂层的防渗碳能力和附着力,提高铸铁冷却壁的质量和使用寿命。
本发明的目有通过以下技术方案来实现:
一种纳米防渗碳涂料,由以下重量份的原料制备而成:氧化铝30-50,三氧化二铬3-20,二氧化硅10-30,碳化硅1-10,钾长石0.5-10,膨润土1-5,滑石粉0.1-8,硅酸钠0.1-8,黄原胶0.1-8,液态硅酸钾30-50,液态硅酸锂5-30。
上述纳米防渗碳涂料,由以下重量份的原料制备而成:氧化铝35-45,三氧化二铬5-15,二氧化硅16-23,碳化硅4-8,钾长石3-8,膨润土2-4,滑石粉2-6,硅酸钠3-7,黄原胶3-7,液态硅酸钾34-46,液态硅酸锂11-26。
上述纳米防渗碳涂料的制备方法:包括以下步骤:按上述配比称重,膨润土和黄原胶需分别提前两天用少量水水发,水发好的膨润土和黄原胶与液态水玻璃低速搅拌下混合均匀,加入氧化铝、三氧化二铬、二氧化硅、碳化硅、钾长石、滑石粉、硅酸钠湿磨球磨混合制得纳米防渗碳涂料。
上述纳米防渗碳涂料的制备方法,所述原料中:氧化铝、三氧化二铬、二氧化硅、碳化硅、钾长石、膨润土、滑石粉、硅酸钠、黄原胶、液态硅酸钾和液态硅酸锂均是至少为400目的颗粒,其中氧化铝、三氧化二铬和碳化硅是含有质量百分含量为1-10%的20-50纳米的粉料。
上述纳米防渗碳涂料的应用,用于铸铁冷却壁,其步骤如下:(1)低碳钢管表面抛丸除锈除油处理,(2)在处理好的钢管表面涂刷或喷涂纳米防渗碳涂料,(3)待涂层固化后,将钢管放置在温度为60℃的烘房中,烘烤12小时,(4)将涂层固化后的钢管放置在铸造型腔内,浇注高温铁水,制成埋管铸铁冷却壁。
上述纳米防渗碳涂料的应用,步骤(2)所形成的涂料层厚度为0.1-0.2mm。
本发明的纳米防渗碳涂料的优良性能和各项指标如下:
本发明纳米防渗碳涂料具有优异的防渗碳性能,涂层与基体具有相近热膨胀系数,涂层与铁水浸润性良好,可以增强涂料的附着力并减少气隙,具体指标为:
1.1mm内最大增碳量小于0.06%,最大气隙小于0.04mm,涂层高温下性能稳定,能有效防止高炉炉气侵蚀。
2.本发明施工方便,可以手刷或喷涂,涂层厚度达到0.1-0.2mm时,就能满足工况条件的使用。
3.本发明涂料长时间放置时涂料呈凝胶型,触变性良好,使用时稍加搅拌即可。
具体实施方式
 实施例1:纳米防渗碳涂料以重量份计是:氧化铝30份,三氧化二铬6份,二氧化硅18.7份,碳化硅1份,钾长石1.3份,膨润土1.5份,滑石粉0.8份,硅酸钠0.5份,黄原胶0.2份,液态硅酸钾30份,液态硅酸锂10份湿磨球磨制成纳米防渗碳涂料。
实施例2:纳米防渗碳涂料以重量份计是:氧化铝34份,三氧化二铬5份,二氧化硅13.5份,碳化硅1.9份,钾长石2份,膨润土1.4份,滑石粉0.3份,硅酸钠0.6份,黄原胶0.3份,液态硅酸钾34份,液态硅酸锂7份份湿磨球磨制成纳米防渗碳涂料。
实施例3:纳米防渗碳涂料以重量份计是:氧化铝40份,三氧化二铬3份,二氧化硅10份,碳化硅1份,钾长石0.5份,膨润土1份,滑石粉0.5份,硅酸钠0.5份,黄原胶0.5份,液态硅酸钾35份,液态硅酸锂8份湿磨球磨制成纳米防渗碳涂料。
实施例4:纳米防渗碳涂料以重量份计是:1.1份膨润土、0.2份黄原胶,分别水发后与30份的液态硅酸钾、14份的液态硅酸锂均匀混合,再加入36份的氧化铝,3.8份的三氧化二铬,1.1份的二氧化硅,2.2份的碳化硅,1份的钾长石,0.2份的滑石粉,0.5份的硅酸钠,湿磨球磨制成纳米防渗碳涂料。
实施例5:纳米防渗碳涂料以重量份计是:2份膨润土、3份黄原胶,分别水发后与34份的液态硅酸钾、16份的液态硅酸锂均匀混合,再加入36份的氧化铝,5份的三氧化二铬,16份的二氧化硅,2.2份的碳化硅,1份的钾长石,0.2份的滑石粉,0.5份的硅酸钠,湿磨球磨制成纳米防渗碳涂料。
上述实施例中各原料均是至少为400目的颗粒,即大于等于400目的颗粒,其中氧化铝、三氧化二铬和碳化硅是含有质量百分含量为1-10%的20-50纳米的粉料。
将制备好的纳米防渗碳涂料用于铸铁冷却壁,其步骤如下:(1)低碳钢管表面抛丸除锈除油处理,(2)在处理好的钢管表面涂刷或喷涂纳米防渗碳涂料,形成厚度为0.1-0.2mm的涂层,(3)待涂层固化后,将钢管放置在温度为60℃的烘房中,烘烤12小时,(4)将涂层固化后的钢管放置在铸造型腔内,浇注高温铁水,制成铸铁冷却壁。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依据本发明申请专利范围所作的等效变化或等同替代或明显变形,仍属本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种纳米防渗碳涂料,其特征在于:由以下重量份的原料制备而成:氧化铝30-50,三氧化二铬3-20,二氧化硅10-30,碳化硅1-10,钾长石0.5-10,膨润土1-5,滑石粉0.1-8,硅酸钠0.1-8,黄原胶0.1-8,液态硅酸钾30-50,液态硅酸锂5-30;所述原料中:氧化铝、三氧化二铬、二氧化硅、碳化硅、钾长石、膨润土、滑石粉、硅酸钠、黄原胶、液态硅酸钾和液态硅酸锂均是大于等于400目的颗粒,其中氧化铝、三氧化二铬和碳化硅是含有质量百分含量为1-10%的20-50纳米的粉料;其制备方法包括以下步骤:按上述配比称重,膨润土和黄原胶需分别提前两天用少量水水发,水发好的膨润土和黄原胶与液态硅酸钾、液态硅酸锂低速搅拌下混合均匀,加入氧化铝、三氧化二铬、二氧化硅、碳化硅、钾长石、滑石粉、硅酸钠湿磨球磨混合制得纳米防渗碳涂料。
2.根据权利要求1所述的纳米防渗碳涂料,其特征在于:由以下重量份的原料制备而成:氧化铝35-45,三氧化二铬5-15,二氧化硅16-23,碳化硅4-8,钾长石3-8,膨润土2-4,滑石粉2-6,硅酸钠3-7,黄原胶3-7,液态硅酸钾34-46,液态硅酸锂11-26。
3.根据权利要求1所述的纳米防渗碳涂料的应用,其特征在于:用于铸铁冷却壁,其步骤如下:(1)低碳钢管表面抛丸除锈除油处理,(2)在处理好的钢管表面涂刷或喷涂纳米防渗碳涂料,(3)待涂层固化后,将钢管放置在温度为60℃的烘房中,烘烤12小时,(4)将涂层固化后的钢管放置在铸造型腔内,浇注高温铁水,制成铸铁冷却壁。
4.根据权利要求3所述的纳米防渗碳涂料的应用,其特征在于:步骤(2)所形成的涂料层厚度为0.1-0.2mm。
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