CN107445631B - 一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法 - Google Patents

一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,包括:步骤一、将材料进行混合后制备涂釉组合物;步骤二、压制成型钢包长水口,钢包长水口包括主体、设置在该主体内的内孔,该内孔具有侧壁;主体的外侧设置有第一工作区域,侧壁设置第二工作区域;步骤三、将步骤一制备的涂釉组合物喷涂在步骤二中的第一工作区域,高温氧化加热完成烧制;第一工作区域在高温氧化状态下生成第一抗氧化层,侧壁中的碳元素在高温氧化状态下发生氧化反应生成具有气孔率高的第二抗氧化层。本发明不需要单独设置内侧的抗氧化层且不需要设置还原气氛,直接通过氧化环境,将内外两侧的抗氧化层与钢包长水口的本体烧制同步进行,解决了工艺繁琐的技术问题。

Description

一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法
技术领域
本发明涉及无机非金属材料领域,具体的是一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法。
背景技术
耐火材料是钢铁、有色金属、建材、石化等基础工业领域的重要基础材料,是高温工业热工设备不可或缺的重要支撑材料。连铸“三大件”包括钢包长水口、中间包塞棒及中间包浸入式水口,其中,钢包长水口运用最为广泛,其工作段,即钢包长水口的外侧需要设置有防氧化层,用于防止碳材料被氧化;内衬材料需要具有优良的抗热震稳定性,所以防氧化层和内衬的抗侵蚀层能够具有较好的使用性能将会是一热门研究课题。
中国专利,公布号为CN104607627A,专利名称为一种钢包长水口密封结构,该发明包括相连的钢包下水口和钢包长水口碗部,还包括保护套管和密封垫,保护套管设在钢包长水口碗部上并套在钢包下水口的连接端外部,密封垫设在钢包下水口与保护套管之间,保护套管上设有贯通保护护套管内外壁用于吹入保护气体的进气口。保护套管吹入氩气,并配合密封垫柔性密封,钢包长水口的密封效果好。
在实际使用的过程中,如说明书附图图1所示,钢包长水口2’,所述钢包长水口2’包括主体21’、设置在该主体21’内的内孔22’,其具有内侧工作区域20’和对应的外侧工作区域10’,该内孔22’具有侧壁220’,侧壁220’与主体21’的材质不相同,烧制时在其内侧工作区域涂覆对比实施例二中的涂釉层,该涂釉层可在高温还原气氛下在内侧工作区域20’形成抗氧化侵蚀层40’;在还原气氛下,完成钢包长水口的烧制和侧壁220’的高温烧制;冷却后,通过物理涂覆将涂料1’涂覆在钢包长水口2’的外壁面上在外侧工作区域10’形成外壁的抗氧化层30’。发明人发现物理涂覆外侧抗氧化层30’的钢包长水口,因其表面的吸附性不好,使用寿命短,且容易因部分区域涂覆不均匀而导致局部较快消耗,进一步使得防氧化层30’整体失效进而使得连铸件的使用寿命不稳定;值得一提的是,该工艺和步骤需要单独设置独立的还原气氛提供内侧的抗氧化侵蚀层40’的烧制环境,步骤复杂且成本较高,且其烧制质量容易因还原气氛不完善导致产品报废率较高的问题出现。
综上所述,现有钢包长水口存在生产工艺复杂、成本高,且其抗侵蚀性的性能不稳定的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,其能够简化钢包长水口的生产工艺,不需要单独涂覆内侧的抗氧化层且不需要设置还原气氛,直接通过氧化环境,将内外两侧的抗氧化层与钢包长水口的本体烧制同步进行,解决了工艺繁琐的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,包括以下步骤:步骤一、将材料进行混合后制备涂釉组合物;
步骤二、压制成型钢包长水口,所述钢包长水口包括主体、设置在该主体内的内孔,该内孔具有侧壁;所述主体的外侧设置有第一工作区域,所述内孔的侧壁设置有第二工作区域;
步骤三、将所述步骤一制备的涂釉组合物喷涂在步骤二中的钢包长水口的第一工作区域上,后进行高温氧化加热,完成钢包长水口的烧制;
在步骤三完成后,所述第一工作区域在高温氧化状态下生成第一抗氧化层,所述第二工作区域的侧壁中的碳元素在高温氧化状态下发生氧化反应生成具有气孔率高的第二抗氧化层。
作为一种实施方式,所述涂釉组合物喷涂的厚度为1-2mm。
作为一种实施方式,所述步骤三中,高温热源经所述沿着所述内孔对所述侧壁进行氧化加热;所述高温热源为气体,该气体的流速为0-5m/s。
作为一种实施方式,所述步骤三中的加热分为三步进行,分别为低温干燥段、中温反应段及高温反应段:低温干燥段,所述低温干燥段的温度为0-250℃,升温速度为0-500℃/h;所述中温反应段为500-550℃,保温30-40min;所述高温反应段为600℃-700℃,保温20min。
作为一种实施方式,所述加热分为三步进行,分别为低温干燥段、中温反应段及高温反应段:低温干燥段,所述低温干燥段的温度为130℃,升温速度为200℃/h;所述中温反应段为520℃,保温35min;所述高温反应段为650℃,保温18min。
作为一种实施方式,所述涂釉组合物主要由以下份数的原料配方按重量比组成:石英15-25%、碳化硼3-10%、硼玻璃40-60%、色粉3-10%、釉溶粉5-15%、白刚玉5-15%;所述配料包括占上述主料总重量20-35%的结合剂、30-50%的水玻璃、0.5-1%的分散剂及0.2-0.5%的悬浮剂。
作为一种实施方式,所述涂釉组合物主要由以下份数的原料配方按重量比组成:石英20%、碳化硼5%、硼玻璃50%、色粉5%、釉溶粉10%、白刚玉10%;所述配料包括占上述主料总重量30%的结合剂、40%的水玻璃、0.5%的分散剂及0.2%的悬浮剂。
作为一种实施方式,所述钢包长水口本体包括以下材料:石英砂26-30%,氧化铝40-50%、石英10-20%、树脂1-5%及0.1-10%添加剂。
作为一种实施方式,所述钢包长水口的侧壁包括以下材料:氧化铝空心球50-80%、石英10-30%、石墨2-8%、树脂1-8%及添加剂0.2-5%。
作为又一种实施方式,所述碳化硼的平均粒径为不低于350目、所述石英的平均粒径不低于350目、所述硼玻璃的平均粒径不低于350目、所述水玻璃的平均粒径不低于350目。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)本技术方案中的钢包长水口,其在烧制过程中是在氧化状态下进行反应的,其对工作场合不需要像现有技术中为考虑内侧的抗氧化层的生成需要设置单独的抗氧化涂层及单独的密封气氛或是还原气氛进行烧制,大大节省工艺步骤,且在生产过程中,可采取直接的热源加热,大大提高了炉体的升温速度,降低了能源消耗,降低了生产投资成本和运行成本。
(2)、本发明的外侧涂釉层是在高温环境下与钢包长水口进行高温结合,其涂釉针对性设置了不同熔点的材料组分,可通过分阶段提升温度的形式将涂釉形成抗氧化层的过程控制的相对精准,使得抗氧化层的致密性强,且不会造成物理涂覆那样因流体涂覆层的流动性问题,其涂覆层容易在钢包长水口的下部堆积而上部涂层较少的现象发生,造成钢包长水口的涂覆层上下部不均匀的技术问题。
(3)本发明的内侧的抗氧化侵蚀层,其是在高温氧化的环境中,利用钢包长水口内壁本身的结构和组分在氧化状态下发生化学反应,其中的碳分子与空气接触即在氧化环境下生成气孔,该气孔能够达到与现有技术中内侧工作区域同样的抗热震稳定性,其不单独设置独立的涂釉层,节省了钢包长水口的涂釉层成本,提高了生产效率。
附图说明
图1为对比实施例一制备的钢包长水口的结构示意图。
图2为本发明制备的钢包长水口的结构示意图。
图3为本发明制备的钢包长水口其第二抗氧化层40的气孔结构示意图。
图4为本发明的抗侵蚀钢包长水口与对比实施例一的示意图对照。
图5为本发明的抗侵蚀钢包长水口与对比实施例一I部位的局部示意图对照。
图6为本发明的抗侵蚀钢包长水口与对比实施例一在同等环境下抗侵蚀程度对照侧视图。
图7为本发明的抗侵蚀钢包长水口与对比实施例一在同等环境下抗侵蚀程度对照俯视图。
图8为本发明的抗侵蚀钢包长水口其内侧抗氧化层的局部示意图。
图9为对比实施例一其内侧抗氧化层的局部示意图。
具体实施方式
(在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。)
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为对比实施例一制备的钢包长水口的结构示意图。图2为本发明制备的钢包长水口的结构示意图。图3为本发明制备的钢包长水口其第二抗氧化层40的气孔结构示意图。图4为本发明的抗侵蚀钢包长水口与对比实施例一的示意图对照,其中图左为本发明侵蚀钢包长水口示意图,图右为对比实施例一的示意图。图5为本发明的抗侵蚀钢包长水口与对比实施例一I部位的示意图对照,其中图左为本发明侵蚀钢包长水口示意图,图右为对比实施例一的示意图。图6为本发明的抗侵蚀钢包长水口与对比实施例一在同等环境下抗侵蚀程度对照侧视图,其中图左为本发明侵蚀钢包长水口示意图,图右为对比实施例一的示意图。
图7为本发明的抗侵蚀钢包长水口与对比实施例一在同等环境下抗侵蚀程度对照俯视图,其中图右为本发明侵蚀钢包长水口示意图,图左为对比实施例一的示意图。图8为本发明的抗侵蚀钢包长水口其内侧抗氧化层的局部示意图。图9为对比实施例一其内侧抗氧化层的局部示意图。
实施例一
如图2所示,一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,包括以下步骤:步骤一、将材料进行混合后制备涂釉组合物1;
步骤二、压制成型钢包长水口2,所述钢包长水口2包括主体21、设置在该主体21内的内孔22,该内孔22具有侧壁220;所述主体21的外侧设置有第一工作区域10,所述内孔22的侧壁220设置有第二工作区域20;
步骤三、将所述步骤一制备的涂釉组合物喷涂在步骤二中的钢包长水口2的第一工作区域10上,后进行高温氧化加热,完成钢包长水口的烧制和涂釉层的烧制;
如图3所示,在步骤三完成后,所述第一工作区域10在高温氧化状态下生成第一抗氧化层30,所述第二工作区域20的侧壁220中的碳元素在高温氧化状态下发生氧化反应生成具有气孔率高的第二抗氧化层40。
其中,所述步骤三中的加热分为三步进行,分别为低温干燥段、中温反应段及高温反应段:低温干燥段,所述低温干燥段的温度为0-250℃,升温速度为0-500℃/h;所述中温反应段为500-550℃,保温30-40min;所述高温反应段为600℃-700℃,保温20min。
当然在此需要说明的是,上述的控温阶段其是发明人在摸索过程中的得到的合适的温度区域和空间,包括但并不局限于该温度范围,但是发明人认为在该温度阶段内能够获得一个较好的使用效果。
其中,所述涂釉组合物1喷涂的厚度为1-2mm。
如图2所示,其中,所述高温热源为气体,该气体的流速为0-5m/s。在此需要进行说明的是,在实际的使用过程中该热源气体的温度可以为低速度,也可以为高速度,速度可以用于对所述空间进行加热,可通过控制流速控制烧制的时间。
实施例二
一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,包括以下步骤:步骤一、将材料进行混合后制备涂釉组合物1;步骤二、压制成型钢包长水口2,所述钢包长水口2包括主体21、设置在该主体21内的内孔22,该内孔22具有侧壁220;所述主体21的外侧设置有第一工作区域10,所述内孔22的侧壁220设置有第二工作区域20;步骤三、将所述步骤一制备的涂釉组合物喷涂在步骤二中的钢包长水口2的第一工作区域10上,后进行高温氧化加热,完成钢包长水口的烧制;在步骤三完成后,所述第一工作区域10在高温氧化状态下生成第一抗氧化层30,所述第二工作区域20的侧壁220中的碳元素在高温氧化状态下发生氧化反应生成具有气孔率高的第二抗氧化层40。
其中,所述涂釉组合物1喷涂的厚度为1-2mm。其中,所述步骤三中,高温热源经所述沿着所述内孔22对所述侧壁220进行氧化加热;所述高温热源为气体,该气体的流速为0-5m/s。其中,所述加热分为三步进行,分别为低温干燥段、中温反应段及高温反应段:低温干燥段,所述低温干燥段的温度为130℃,升温速度为200℃/h;所述中温反应段为520℃,保温35min;所述高温反应段为650℃,保温18min。
其中,所述涂釉组合物1主要由以下份数的原料配方按重量比组成:石英15-25%、碳化硼3-10%、硼玻璃40-60%、色粉3-10%、釉溶粉5-15%、白刚玉5-15%;所述配料包括占上述主料总重量20-35%的结合剂、30-50%的水玻璃、0.5-1%的分散剂及0.2-0.5%的悬浮剂。
在此说明的是,本实施例中的涂釉组合物1的材料的比例范围时在一定区间内,其具体使用时根据实际的需求进行一定范围内的调整。
其中,所述钢包长水口2本体包括以下材料:石英砂26-30%,氧化铝40-50%、石英10-20%、树脂1-5%及0.1-10%添加剂。其中,所述钢包长水口2的侧壁220包括以下材料:氧化铝空心球50-80%、石英10-30%、石墨2-8%、树脂1-8%及添加剂0.2-5%。
在此,钢包长水口的本体材料成分和组分以及钢包长水口侧壁220的材料成分和组分为本实施例中的材料组分,包括但不局限于此,任何可通过简单的组分替换的均可以利用本发明的思路进行制取。
其中,所述碳化硼的平均粒径为不低于350目、所述石英的平均粒径不低于350目、所述硼玻璃的平均粒径不低于350目、所述水玻璃的平均粒径不低于350目。
其余环境同实施例一。
经上述技术方案获得如图4、图5及图8所示的钢包长水口,其中图8所示的内侧白色区域为氧化形成的第二抗氧化层40,其中图4所示的左侧的钢包长水口的外侧深色区域为钢包长水口的第一抗氧化层30。
对比实施例一
一种钢包长水口的制作方法,首先是将钢包长水口压制成型,其钢包长水口具有内外两个工作区域;对内侧的工作区域的抗氧化层进行单独设置涂层,在还原气氛对其进行烧制,烧制过程中内侧的工作区域形成抗氧化保护层;烧制成型后,对烧制后的钢包长水口的外侧工作区域涂覆外侧抗氧化层。
其中,在该对比实施例一中,其内侧的工作区域的初始内衬材料主要包括氧化铝空心球、漂珠等成分,其钢包长水口的基本材料与上述的实施例二相同。
总之就是,本对比实施例一与本技术方案的区别点在于:对比实施例一在制作和生产过程中,需要对上述的钢包长水口进行定型后高温还原状态下进行烧制,在烧制过程中其烧制环境为密封还原环境,且其内侧的工作区域具有单独设置材料层。
经上述技术方案获得如图4、图5及图9所示的钢包长水口,其中图9所示的内侧白灰色区域为氧化形成的第二抗氧化层40’,其中图4所示的右侧的钢包长水口的外侧浅灰色区域为第一抗氧化层30’。
参照图4及图5所示,实施例二的第一抗氧化层30光洁度高、外表面光滑,对比实施例一的抗氧化层30’颜色与实施例二相比较浅,其光洁度不高,外表面粗糙;作为一种使用性能的对比,将实施例二和对比实施例一获得的钢包长水口作为实验对象,在相同的检测环境下,以钢包长水口的外侧工作区域抗侵蚀效果作为检测基准进行使用性能对比;检测的条件为:在1300℃的温度下和足氧环境下,分别将实施例二及对比实施例一涂制作的钢包长水口放入上述环境中,停留3h后测取数据,并进行数据进行采集和处理,得到钢包长水口对应的被氧化侵蚀面积所占整体外侧抗氧化层区域面积的比例,该比例值作为对比结果,其具体数据如下表1所示,其中A为被侵蚀面积,B为外侧抗氧化层整体面积:
表1本发明的产品使用效果对比表
从以上数据可表明,经过本技术方案中获得的钢包长水口的第一抗氧化层30其抗侵蚀性与对比实施例一的第一抗氧化成30’相比,其性能得到大大的提高。
且值得说明的是,可参照说明书附图图8可看出,实施例二的钢包长水口内壁的第二抗氧化层40其与对比实施例一的第二氧化层40’相比,其经过上述的氧化环境作用下,二者使用状态相当,后发明人对其进行了更进一步的试验对比,对第二抗氧化层40的热震稳定性进行了试验,试验数据表明其与对比实施例一的抗热震稳定性相当。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下:即采用在高温氧化状态下,钢包长水口利用自身的碳成分与空气化学反应生成具有一定气孔率和抗热震稳定性的抗氧化层,提高了钢包长水口的抗侵蚀性能,可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、将材料进行混合后制备涂釉组合物(1),所述涂釉组合物由主料和配料组成,其中主料由以下份数的原料配方按重量比组成:石英15-25%、碳化硼3-10%、硼玻璃40-60%、色粉3-10%、釉溶粉5-15%、白刚玉5-15%;所述配料由占上述主料总重量的以下成分组成:20-35%的结合剂、30-50%的水玻璃、0.5-1%的分散剂及0.2-0.5%的悬浮剂;
步骤二、压制成型钢包长水口(2),所述钢包长水口(2)包括主体(21)、设置在该主体(21)内的内孔(22),该内孔(22)具有侧壁(220);所述主体(21)的外侧设置有第一工作区域(10),所述内孔(22)的侧壁(220)设置有第二工作区域(20),所述钢包长水口(2)本体由以下材料组成:石英砂26-30%,氧化铝40-50%、石英10-20%、树脂1-5%及0.1-10%添加剂,所述钢包长水口(2)的侧壁(220)由以下材料组成:氧化铝空心球50-80%、石英10-30%、石墨2-8%、树脂1-8%及添加剂0.2-5%;
步骤三、将所述步骤一制备的涂釉组合物喷涂在步骤二中的钢包长水口(2)的第一工作区域(10)上,后进行高温氧化加热,完成钢包长水口的烧制,高温热源经所述沿着所述内孔(22)对所述侧壁(220)进行氧化加热;所述高温热源为气体,该气体的流速为0-5m/s,加热分为三步进行,分别为低温干燥段、中温反应段及高温反应段:低温干燥段,所述低温干燥段的温度为0-250℃,升温速度为0-500℃/h;所述中温反应段为500-550℃,保温30-40min;所述高温反应段为600℃-700℃,保温20min;
在步骤三完成后,所述第一工作区域(10)在高温氧化状态下生成第一抗氧化层(30),所述第二工作区域(20)的侧壁(220)中的碳元素在高温氧化状态下发生氧化反应生成具有气孔率高的第二抗氧化层(40)。
2.如权利要求1所述的一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,其特征在于:所述涂釉组合物(1)喷涂的厚度为1-2mm。
3.如权利要求1所述的一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,其特征在于:所述加热分为三步进行,分别为低温干燥段、中温反应段及高温反应段:低温干燥段,所述低温干燥段的温度为130℃,升温速度为200℃/h;所述中温反应段为520℃,保温35min;所述高温反应段为650℃,保温18min。
4.如权利要求1所述的一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,其特征在于:所述涂釉组合物(1)主要由以下份数的原料配方按重量比组成:石英20%、碳化硼5%、硼玻璃50%、色粉5%、釉溶粉10%、白刚玉10%;所述配料包括占上述主料总重量30%的结合剂、40%的水玻璃、0.5%的分散剂及0.2%的悬浮剂。
5.如权利要求1所述的一种抗侵蚀钢包长水口的制备方法,其特征在于:所述碳化硼的平均粒径为不低于350目、所述石英的平均粒径不低于350目、所述硼玻璃的平均粒径不低于350目、所述水玻璃的平均粒径不低于350目。
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