CN104177873A - 一种高碳钢钢坯高温防护涂料及其应用 - Google Patents

一种高碳钢钢坯高温防护涂料及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高碳钢钢坯高温防护涂料，包括干粉料和结合剂；所述的干粉料按重量份配比如下：刚玉无碳废砖料30-50份、电熔莫来石10-12份、锆刚玉废砖料25-30份、碳化硅8-10份、软质粘土3-6份、蓝晶石3-6份、聚丙烯酸钠2-4份；结合剂由固体复合结合剂和液体复合结合剂构成；固体复合结合剂的用量为干粉料总重量的3-6％；液体复合结合剂的用量为干粉料总重量的2-4％。该防护涂料可直接对表面温度为400-1100℃的热态钢坯进行喷涂，不仅具有防氧化和防脱碳双重功能，还具有自修复能力，显著降低高碳钢坯在加热过程中的氧化烧损、脱碳层厚度，改善钢坯表面质量，提高轧钢厂生产效率，降低生产成本。

Description

一种高碳钢钢坯高温防护涂料及其应用
技术领域
本发明涉及耐火涂料技术领域，具体涉及一种应用于高碳钢钢坯在轧制过程形成保护涂层的高温防护涂料。
背景技术
钢坯、钢锭在轧制前，一般都要在1200℃左右于含氧化性气氛的加热炉中加热或均热，加热时间为2～3小时甚至更长，钢坯表面与气氛中的氧在高温下发生强烈的氧化反应而生成大量的氧化铁皮，造成钢的成材率和表面质量显著降低、高碳钢脱碳层加厚的问题。因此在钢坯表面喷射或涂刷高温涂料，形成稳定的防氧化涂层是研究者们针对上述问题提出的最直接办法。
近年来科技工作者对钢坯加热防氧化涂料进行了大量的研究，但是现有的防氧化涂料大都为镁质或粘土质涂料，存在的问题是：镁质涂料中需要添加铬，铬会对施工人员身体健康造成危害，而氧化镁膨胀系数大，抗热震性不好，对热态钢坯在线喷涂易开裂，同时该种涂料对高碳钢(碳含量大于0.6％)防脱碳效果差，而粘土质涂料，由于粘土引入的杂质较多，高温防氧化能力有限，同时还需要引入纯氧化锆，成本较高。
所以，现有钢坯防氧化涂料存在以下问题:1、对热态钢坯喷涂易开裂，大部分涂料均为水性涂料，由于原料或结合剂使得涂料直接喷涂在热态钢坯表面时易开裂，不能进行在线喷涂，影响轧钢厂生产节奏，因此防氧化涂料在轧钢厂的推广应用进程缓慢。2、防氧化效果差。由于喷涂面会有氧化铁皮产生，在加热炉内加热时氧化铁皮易崩落，使得对其喷涂的涂料层形同虚设，致使防氧化效果较差。3、功能单一。目前市面上的防氧化涂料，大多只能针对钢坯氧化烧损有效果，对钢坯表面的防脱碳效果差。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种针对高碳钢钢坯的高温防护涂料，该防护涂料可直接对表面温度为400-1100℃的热态钢坯进行喷涂，不仅具有防氧化和防脱碳双重功能，还具有自修复能力，显著降低高碳钢坯在加热过程中的氧化烧损、脱碳层厚度，改善钢坯表面质量，提高轧钢厂生产效率，降低生产成本。
为达到上述发明目的，本发明采用技术方案为：
一种高碳钢钢坯高温防护涂料，包括干粉料和结合剂；所述的干粉料按重量份配比如下：
所述的结合剂由固体复合结合剂和液体复合结合剂构成；固体复合结合剂的用量为干粉料总重量的3-6％；液体复合结合剂的用量为干粉料总重量的2-4％。
所述的刚玉无碳废砖料为Al2O3:80～90％，SiO2:0.5～10％，粒度小于325目。
所述的电熔莫来石为Al2O3:67～77％，SiO2:21～29％，粒度小于325目。
所述的锆刚玉废砖料为Al2O3:40～50％，ZrO2:25～35％，SiO2:12～20％，粒度小于325目。
所述碳化硅的纯度为≥92％，粒度小于325目。
所述固体复合结合剂由糊精和木质素磺酸钠按重量比2-2.5:1组成，所述糊精与木质素磺酸钠的粒度小于325目。
所述液体复合结合剂由铝溶胶、硅溶胶和液体磷酸二氢铝按重量比1:0.2-0.6:0.5-0.7组成。
本发明还提供一种利用上述高碳钢钢坯高温防护涂料对高碳钢进行喷涂的方法，其方法如下：
1)先将各干粉料研磨，过筛后，按重量份配比称量，与固体复合结合剂一并投入混料机中混匀，加入适量水搅拌均匀，搅拌均匀后加入液体复合结合剂，并再次搅拌均匀，至防护涂料的比重为1.20-1.6g/cm3，静置30分钟后再次搅拌1-2分钟，待用；
2)将配制好的防护涂料投入喷涂机料灌中，先用压力为1.0-1.5Mpa的压缩空气对钢坯表面进行清扫1-2分钟，再将上述压缩空气接至喷涂机的喷枪，直接对钢坯进行喷涂。
所述喷枪与钢坯表面的距离为80-120mm。对钢坯进行喷涂的涂层厚度为0.4-0.7mm。
本发明制备的高碳钢钢坯高温防护涂料的技术指标如下：
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明以刚玉无碳废砖料、电熔莫来石和锆刚玉废砖料作为Al2O3主要来源；采用优质高活性碳化硅，使得本发明钢坯高温防护涂料具有高温下形成氧化硅液膜的能力，此种液膜既可保护钢坯表面中的碳不被氧化，起到防脱碳的作用，也可对表面因铁皮崩落涂层破损进行液膜修复，使得涂层更致密、更牢固；加入锆刚玉废砖料引入氧化锆，可有效提高本发明钢坯高温防护涂料的热震稳定性，使得涂层在快速升温过程中保持稳定；加入软质粘土作为烧结剂，使得本发明所提供的钢坯高温防护涂料具有较高的高温粘接力；以蓝晶石为膨胀剂，可有效抵消本发明所述的钢坯高温防护涂料在烧结作用下产生的体积收缩。采用专用的固体复合结合剂和液体复合结合剂，使得该钢坯防护涂料可直接喷涂在表面温度为400℃～1100℃的热态钢坯而不开裂、不剥落，且使该钢坯高温防护涂料具备批量在线使用的能力，为喷涂实现自动化打下了坚实的基础；
2、由于本发明提供了一种高Al2O3质防护涂料，所用原料不会氧化钢坯基体的C并且形成稳定致密的涂层，因此同时具备防氧化和防脱碳双重功效；而现有大部分涂料可能含MgO而氧化钢坯基体中的C，使其防脱碳的效果不佳。
3、具有自修复功能，本发明所述的钢坯高温防护涂料在使用过程中于钢坯表面形成高温液膜，使其面对自身产生的裂纹和铁皮崩落造成的涂层损伤具备自修复能力，这样隔绝氧气的能力得到了大幅度提高，增强了对钢坯的保护效果。通过试验得知，本发明可使钢坯在加热炉内氧化烧损降低90％左右，脱碳层厚度减小75％以上。
4、本发明所提供的钢坯高温防护涂料使用的原料中55％以上选用废砖料，大幅降低了生产成本，同时也对资源的有效利用十分有利。
5、本发明所提供的钢坯高温防护涂料适用范围广，对低碳钢、中碳钢、高碳钢及所有合金钢的连铸坯在常温～1400℃任何温度下的保护效果显著。且配制过程简单快捷，对喷涂机无高要求。
6、本发明所述钢坯高温防护涂料无毒无害，不污染环境。
7、由于本发明的钢坯高温防护涂料在钢坯表面形成的防护涂层烧结性好，从加热炉出来后遇水冷收缩性与钢坯基体相差悬殊，使得加热后的防护涂层经高压水除鳞时能快速脱离钢坯基体，钢坯表面铁皮涂层均无残留，大大改善了钢材的表面质量。
具体实施方式
实施例1  一种高碳钢钢坯高温防护涂料及其应用
(一)配方组成
干粉料按重量份配比组成如下：
结合剂由固体复合结合剂和液体复合结合剂组成，所述的固体复合结合剂为糊精和木质素磺酸钠按重量比2.2:1组成，其添加量为干粉料总重量的4％；所述的液体复合结合剂为铝溶胶、硅溶胶和液体磷酸二氢铝按重量比1:0.4:0.6组成，其添加量为干粉料总重量的3％。
(二)制备方法
先将各干粉料研磨，过325目筛，取筛下物，按重量份配比称量，与固体复合结合剂一并投入混料机中混匀，加入适量水搅拌，搅拌均匀后加入液体复合结合剂，并再次搅拌均匀，至防护涂料的比重为1.45g/cm3，静置30分钟后再次搅拌约2分钟，得成品涂料，待用。
(三)一种对高碳钢进行喷涂的方法
所述的高碳钢为某重轨钢U71Mn，其碳含量为0.74％。方法如下：
将上述配制好的钢坯高温防护涂料投入喷涂机料灌中，先用压力为1.0-1.5Mpa的压缩空气对750℃热态钢坯表面进行清扫1-2分钟，再将喷涂机的喷枪移至与钢坯表面的距离为80-120mm处直接对钢坯进行喷涂，涂层厚度约为0.6mm。
结果显示：涂层未现起皮、开裂现象。将喷涂有该涂层的钢坯经加热炉1200℃×3h加热处理，出炉后，经高压水脱鳞，表面无残留，大幅改善该钢坯表面质量，该钢坯的氧化烧损降低90.6％，脱碳层厚度降到0.08mm，原脱碳层的厚度为0.54mm，降幅达85.1％。
实施例2  一种高碳钢钢坯高温防护涂料及其应用
(一)配方组成
干粉料按重量份配比组成如下：
结合剂由固体复合结合剂和液体复合结合剂组成，所述的固体复合结合剂为糊精和木质素磺酸钠按重量比2.2:1组成，其添加量为干粉料总重量的5％；所述的液体复合结合剂为铝溶胶、硅溶胶和液体磷酸二氢铝按体积比1:0.4:0.6组成，其添加量为干粉料总重量的4％。
(二)制备方法
先将各干粉料研磨，过325目筛，取筛下物，按重量份配比称量，与固体复合结合剂一并投入混料机中混匀，加入适量水搅拌，搅拌均匀后加入液体复合结合剂，并再次搅拌均匀，至防护涂料的比重为1.40g/cm3，静置30分钟后再次搅拌约2分钟，得成品涂料，待用。
(三)一种对高碳钢进行喷涂的方法
所述的高碳钢为82B线材钢，其碳含量为0.82％。方法如下：
将上述配制好的钢坯高温防护涂料投入喷涂机料灌中，先用压力为1.0-1.5Mpa的压缩空气对950℃热态钢坯表面进行清扫1-2分钟，再将喷涂机的喷枪移至与钢坯表面的距离为80-120mm处直接对钢坯进行喷涂，涂层厚度为约0.5mm。
结果显示：涂层未现起皮、开裂现象。将具有该涂层的钢坯经加热炉1200℃×3h加热处理，出炉后，经高压水脱鳞，表面无残留，大幅改善该钢坯表面质量，该钢坯的氧化烧损降低89.3％，脱碳层厚度降到0.1mm，原脱碳层的厚度为0.5mm，降幅达80％。
实施例3  结合剂的选择试验
1、结合剂的选择
方法同实施例1，只改变添加结合剂的种类进行实施后，其结果如表1所示。空白试验为钢坯不喷涂涂料，直接进加热炉进行热处理，其结果如表1所示。
表1  结合剂对高碳钢钢坯高温防护涂料效果的影响。
2、固体和液体复合结合剂中各组分复合比的筛选
方法同实施例1，只改变固体和液体复合结合剂中各组分复合比进行实施后，空白试验为钢坯不喷涂涂料，直接进加热炉进行热处理，其结果如表2所示。
表2  固体和液体复合结合剂复合比对钢坯高温防护涂料效果的影响。

Claims (10)

1.一种高碳钢钢坯高温防护涂料，其特征在于包括干粉料和结合剂；所述的干粉料按重量份配比如下：
所述的结合剂由固体复合结合剂和液体复合结合剂构成；固体复合结合剂的用量为干粉料总重量的3-6％；液体复合结合剂的用量为干粉料总重量的2-4％。
2.根据权利要求1所述的一种高碳钢钢坯高温防护涂料，其特征在于，所述的刚玉无碳废砖料为Al2O3:80～90％，SiO2:0.5～10％，粒度小于325目。
3.根据权利要求1所述的一种高碳钢钢坯高温防护涂料，其特征在于，所述的电熔莫来石为Al2O3:67～77％，SiO2:21～29％，粒度小于325目。
4.根据权利要求1所述的一种高碳钢钢坯高温防护涂料，其特征在于，所述的锆刚玉废砖料为Al2O3:40～50％，ZrO2：25～35％，SiO2:12～20％，粒度小于325目。
5.根据权利要求1所述的一种高碳钢钢坯高温防护涂料，其特征在于，所述碳化硅的纯度为≥92％，粒度小于325目。
6.根据权利要求1所述的一种高碳钢钢坯高温防护涂料，其特征在于，所述固体复合结合剂由糊精和木质素磺酸钠按重量比2-2.5:1组成，所述糊精与木质素磺酸钠的粒度小于325目。
7.根据权利要求1所述的一种高碳钢钢坯高温防护涂料，其特征在于，所述液体复合结合剂由铝溶胶、硅溶胶和液体磷酸二氢铝按重量比1:0.2-0.6:0.5-0.7组成。
8.一种利用高碳钢钢坯高温防护涂料对高碳钢进行喷涂的方法，其特征在于方法如下：
1)先将各干粉料研磨，过筛后，按重量份配比称量，与固体复合结合剂一并投入混料机中混匀，加入适量水搅拌均匀，搅拌均匀后加入液体复合结合剂，并再次搅拌均匀，至防护涂料的比重为1.20-1.6g/cm3，静置30分钟后再次搅拌1-2分钟，待用；
2)将配制好的防护涂料投入喷涂机料灌中，先用压力为1.0-1.5Mpa的压缩空气对钢坯表面进行清扫1-2分钟，再将上述压缩空气接至喷涂机的喷枪，直接对钢坯进行喷涂。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述喷枪与钢坯表面的距离为80-120mm。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，对钢坯进行喷涂的涂层厚度为0.4-0.7mm。
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