CN112125572B - 高温抗氧化炭素涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的高温抗氧化炭素涂料，由以下原料按重量比组成：20%‑34%的电煅无烟煤粉、12%‑20%的碳化硅细粉、5%‑10%的石墨粉、5%‑10%的红柱石细粉、20%‑38%的粘接剂，电煅无烟煤粉的电阻率小于450Ω，细度不小于200目，碳化硅细粉硅含量大于98%，细度不小于200目，石墨粉中石墨化程度大于99%，细度不小于200目，红柱石细度不小于200目，粘接剂选用含碳树脂CAROBRES T60。
Description
技术领域
本发明涉及炭素制备技术领域，尤其涉及一种高温抗氧化炭素涂料及制备方法。
背景技术
炉缸作为冶炼金属的主要部件，直接与金属液接触，承受铁水烘烤温度很高，而炭砖之间的缝隙成为冶炼泄漏或烧损的薄弱部位，现有技术中采用糊料将其粘接，然而糊料的性能不佳，对炭砖缝隙的密封作用不好，导致后期炉体使用时，高温铁水从缝隙中泄漏，造成炉体损坏。
发明内容
有必要提出一种高温抗氧化炭素涂料。
一种高温抗氧化炭素涂料，由以下原料按重量比组成：20%-34%的电煅无烟煤粉、12%-20%的碳化硅细粉、5%-10%的石墨粉、5%-10%的红柱石细粉、20%-38%的粘接剂，电煅无烟煤粉的电阻率小于450Ω，细度不小于200目，碳化硅细粉硅含量大于98%，细度不小于200目，石墨粉中石墨化程度大于99%，细度不小于200目，红柱石细度不小于200目，粘接剂选用含碳树脂CAROBRES T60。
优选的，34%的电煅无烟煤粉、15%的碳化硅细粉、8%的石墨粉、8%的红柱石细粉、35%的粘接剂，电煅无烟煤粉的电阻率小于450Ω，细度不小于200目，碳化硅细粉硅含量大于98%，细度不小于200目，石墨粉中石墨化程度大于99%，细度不小于200目，红柱石细度不小于200目，粘接剂选用含碳树脂CAROBRES T60。
优选的，先将电煅无烟煤粉、碳化硅细粉、石墨粉、红柱石细粉干混，混合均匀后，将粘接剂预热至30-50℃，再将上述很合粉末分散加入至粘接剂内，搅拌至少5小时，至混合均匀。
优选的，炉底冶炼部的炭砖层、侧壁冶炼部的立砖砌筑完成后，先对由炉底冶炼部和侧壁冶炼部组成的炉缸进行局部移动式预热，同时对预热后的区域刷涂所述涂料，其中，预热时采用局部移动式预热。
优选的，所述局部移动式预热步骤为：预先将炉缸内壁划分为若干个小区域，采用小型预热工具，对每个小区域沿着炉缸内壁的炭砖表面依次预热，当当前小区域预热温度达到30-50℃，则对该区域刷涂涂料，同时对相邻的下一个小型区域进行预热，保持预热和刷涂的连续性。
优选的，刷涂过程中使用的辊子内部设置加热机构，所述辊子包括手柄、辊子，手柄与辊子两端铰接，辊子表面设置柔性层，在辊子内部设置加热机构，辊子内部为中空结构，加热机构为自发热机构，加热机构加热温度为30-55℃。
优选的，还在炉口组合砖的内壁设置稳流砖，所述稳流砖由异形砖组成，包括一块第一异型砖和设置于第一异型砖两侧的两块第二异型砖，三块异型砖依次摆放，并位于炉眼下方的内壁上，其高度低于炉眼高度，还在第一异型砖及第二异型砖表面、及与炉缸内壁接触的缝隙刷涂所述涂料。
本发明通过设计一种新型的涂料，对炉缸的炭砖表面刷涂，形成保护层，具有（1）能耐高温而不熔化，涂层分解温度可在2200度以上。（2）与炭块表层结合较好，并有较高的热膨胀系数。（3）抗氧化成度较高，由于电阻较低，机械强度在高温下较高，耐酸性和碱性物质侵蚀性强。在使用过程时必须将该产品和炭块加温在30-35度，因为该产品为胶状，达到相同的温度才能确保粘结性。砌筑完成后，经过冶炼炉的热量，随着温度的变化，在达到一定温度时能够很好的与炭块结合为一体。当冶炼炉内的温度达到600度时，该产品完全在其表面形成坚硬保护层。
而现有的保护层使用的材料在使用过程中温度达到1000度时，物理性质发生变化已完全挥发，不会起到再与炭砖粘结效果，也不会有任何保护作用。
附图说明
图1为原有炉体的示意图。
图2为使用本发明涂料后的改进炉体示意图。
图3、4、5为所述稳流砖在炉体的砌筑示意图。图3为图2中的主视图，图4为左视图，图5为俯视图。
图中：炉底保温部10、定型层11、第一过渡层12、第二过渡层13、保温主体层14、侧壁保温部20、炉底冶炼部30、炭砖层31、糊料层32、侧壁冶炼部40、炉口组合砖41、炉口砖411、炉眼4111、盖砖412、垫砖413、加固层414、膨胀层42、出口保护层43、涂料层51、第一异型砖61、第二异型砖62。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
参见图1-5，本发明实施例提供了一种高温抗氧化炭素涂料，由以下原料按重量比组成：20%-34%的电煅无烟煤粉、12%-20%的碳化硅细粉、5%-10%的石墨粉、5%-10%的红柱石细粉、20%-38%的粘接剂，电煅无烟煤粉的电阻率小于450Ω，细度不小于200目，碳化硅细粉硅含量大于98%，细度不小于200目，石墨粉中石墨化程度大于99%，细度不小于200目，红柱石细度不小于200目，粘接剂选用含碳树脂CAROBRES T60。
实施例1
所述原料按重量比组成：34%的电煅无烟煤粉、15%的碳化硅细粉、8%的石墨粉、8%的红柱石细粉、35%的粘接剂，电煅无烟煤粉的电阻率440Ω，细度不小于200目，碳化硅细粉硅含量98%，细度不小于200目，石墨粉中石墨化程度99%，细度不小于200目，红柱石细度不小于200目，粘接剂选用CAROBRES T60的含碳树脂。
先将电煅无烟煤粉、碳化硅细粉、石墨粉、红柱石细粉干混，混合均匀后，将粘接剂预热至30℃，再将上述混合粉末分散加入至粘接剂内，搅拌5小时，至混合均匀，获得涂料。
实施例2
所述原料按重量比组成：25%的电煅无烟煤粉、12%的碳化硅细粉、5%的石墨粉、5%的红柱石细粉、20%的粘接剂，电煅无烟煤粉的电阻率400Ω，细度不小于200目，碳化硅细粉硅含量98%，细度不小于200目，石墨粉中石墨化程度99%，细度不小于200目，红柱石细度不小于200目，粘接剂选用含碳树脂CAROBRES T60。
先将电煅无烟煤粉、碳化硅细粉、石墨粉、红柱石细粉干混，混合均匀后，将粘接剂预热至40℃，再将上述混合粉末分散加入至粘接剂内，搅拌5.5小时，至混合均匀，获得涂料。
实施例3
所述原料按重量比组成：30%的电煅无烟煤粉、20%的碳化硅细粉、10%的石墨粉、10%的红柱石细粉、38%的粘接剂，电煅无烟煤粉的电阻率420Ω，细度不小于200目，碳化硅细粉硅含量98%，细度不小于200目，石墨粉中石墨化程度99%，细度不小于200目，红柱石细度不小于200目，粘接剂选用含碳树脂CAROBRES T60。
先将电煅无烟煤粉、碳化硅细粉、石墨粉、红柱石细粉干混，混合均匀后，将粘接剂预热至50℃，再将上述混合粉末分散加入至粘接剂内，搅拌6小时，至混合均匀，获得涂料。
（一）、再将这三组实施例制备的涂料取样按照本发明方法在炭砖上局部预热式刷涂后，再将刷涂涂层的炭砖放入模拟烘箱或窑炉中试验，模拟烘箱的温度分别为1200℃、1700℃、2100℃，烘烤时间分别为5h、7h、8h，保持烘箱内密封无氧状态，或者充氮气保护状态，目的在于模拟冶炼炉冶炼时的现场环境，进而检验涂料层与炭砖侧的结合状态以及涂料层的变化情况。
如表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 原有涂料 | |
| 抗压强度Mpa | 42 | 44 | 47 | 33 |
| 表面灰分% | 3.02 | 3.06 | 2.94 | 5.4 |
| 热膨胀率% | 0.69 | 0.73 | 0.65 | 0.98 |
| 抗折强度Mpa | 7.6 | 8.7 | 8.7 | 4.8 |
| 挥发分% | 18 | 17 | 17 | 33 |
| 导热系数W/m.k | 4.3 | 4.4 | 4.4 | 2.5 |
| 灰分% | 3.12 | 3.88 | 3.65 | 6.7 |
| 水分% | 0.48 | 0.43 | 0.41 | 1.4 |
以上表格显示加入所述粘结剂后，挥发分、灰分、水分均小于标准水平，抗压强度、导热率、抗折粘结度均高于同行业水平，热膨胀率均匀稳定，不会受高温影响而变化很大。
(二)、为了说明本发明方法的有益效果，同时还做了两组对照试验，即将（一）中的涂料同批次取样，采用常规方法一、常规方法二刷涂，常规方法一是不对炭砖预热，保持炭砖冷态刷涂，但保持涂料的温度为35℃，即涂料在桶内保温同时刷涂工具也保温进行刷涂，常规方法二是不对炭砖预热，保持炭砖冷态刷涂，也不对涂料预热进行刷涂，刷涂后相同实验条件在烘箱内模拟路况，得到以下数据，如表2、3、4。
表2
| 实施例1 | 常规方法一 | 常规方法二 |
| 抗压强度Mpa | 31 | 30 |
| 表面灰分% | 5.9 | 6.5 |
| 热膨胀率% | 0.3 | 0.5 |
| 抗折强度Mpa | 4.2 | 3.2 |
| 挥发分% | 23 | 26 |
| 导热系数W/m.k | 2.2 | 2.5 |
| 灰分% | 5.5 | 5.9 |
| 水分% | 0.8 | 0.9 |
表3
| 实施例2 | 常规方法一 | 常规方法二 |
| 抗压强度Mpa | 22 | 20 |
| 表面灰分% | 5.5 | 6.8 |
| 热膨胀率% | 0.58 | 0.43 |
| 抗折强度Mpa | 3.5 | 2.4 |
| 挥发分% | 25 | 21 |
| 导热系数W/m.k | 3.2 | 2.9 |
| 灰分% | 5.7 | 5.0 |
| 水分% | 0.7 | 1.3 |
表4
| 实施例3 | 常规方法一 | 常规方法二 |
| 抗压强度Mpa | 28 | 18 |
| 表面灰分% | 7.8 | 8.9 |
| 热膨胀率% | 0.92 | 0.67 |
| 抗折强度Mpa | 3.1 | 2.1 |
| 挥发分% | 30 | 25 |
| 导热系数W/m.k | 3.3 | 2.6 |
| 灰分% | 4.8 | 4.7 |
| 水分% | 1.1 | 1.6 |
（三）、酸性和碱性物质侵蚀
将每组实施例中刷涂涂料后的炭块样品置于浓度不小于70%的盐酸或硫酸溶液中，浸泡2h，观察炭砖及涂料层的状态。
如表5
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 原有涂料 | |
| 炭砖体积变化率% | 89 | 87 | 88.2 | 86 |
| 涂料层体积变化率% | 26 | 24 | 21 | 57 |
上表可知，原有涂料在实验之后腐蚀严重，涂料层剩余体积占原体积的43%，体积变化率远大于50%。在酸液浸泡后2h后，炭砖层大部分被腐蚀分解，剩余体积占原炭砖体积的11%、13%、11.8，而涂料层被分解后，剩余体积占原涂料层体积的74%、76%、79%，可见涂料层抗酸腐蚀能力很强，完全适应恶劣环境的使用要求。
现有技术中常将所述CAROBRES T60粘结剂用于制作泡泥，用于封堵炉眼，而泡泥的使用条件、环境及发生反应条件均与本发明的涂料不同，目前还没有将该粘结剂用于制作抗氧化涂料的先例。
将所述的高温抗氧化炭素涂料应用于炉体的刷涂方法，炉底冶炼部的炭砖层、侧壁冶炼部的立砖砌筑完成后，先对由炉底冶炼部和侧壁冶炼部组成的炉缸进行局部移动式预热，同时对预热后的区域刷涂所述涂料，其中，预热时采用局部移动式预热。
预热不同于烘炉，烘炉的温度高度1000℃，目的在于高温预先去除炉缸炭砖内的水分，因为高温时若存在水分，则水分分解成为氧离子，易与炭块中的碳原子结合，将碳原子氧化，使炭砖粉化，强度降低、寿命降低。而预热虽然在烘炉前面操作，但是由于温度极低，只有30-50℃，不会使炭砖内水分分解，当然也不会使其氧化，预热只是为了使炭砖表层保持适当温度，易于与涂料粘接。
进一步，所述局部移动式预热步骤为：预先将炉缸内壁划分为若干个小区域（例如沿着炉缸内壁圆周方向均分为20个弧形小区域，沿着该小区域竖向方向上下刷涂），采用小型预热工具（可以为小型喷火枪、燃气枪等）对每个小区域沿着炉缸内壁的炭砖表面依次预热，当当前小区域预热温度达到30-50℃，则对该区域刷涂涂料，同时对相邻的下一个小型区域进行预热，保持预热和刷涂的连续性。
本方案中，为了保证涂料与炭砖粘接良好性，预先对炭砖预热，由于本发明的涂料在30-50℃粘接性最好，同时，将炭砖也预热至该温度，这样在刷涂时，首先保证了涂料的温度，再控制炭砖温度与涂料相同，使二者结合时无温差、无冷热接触时的应力差。
进一步，刷涂过程中使用的工具内部设置加热机构，所述工具包括手柄、辊子，手柄与辊子两端铰接，辊子表面设置柔性层，在辊子内部设置加热机构，辊子内部为中空结构，加热机构为自发热机构，加热机构加热温度为30-55℃。例如可以购买市场上刮腻子的辊子，将其改进，在辊头内部嵌入安装加热机构。
加热机构可以为电机热方式，例如内置干电池的电阻丝发热方式。刷涂时，在搅拌桶内部，搅拌桶可以为保温桶或加热桶，保持温度30-55℃，使涂料保温，但是刷涂过程为表面积较大，很容易散热，使得挂附在辊子柔性层上的涂料温度快速降低，从而不能实际保证涂料的温度，所以为辊子设置了加热机构。
本发明从涂料的组分配比、制备工艺及刷涂工艺进行全方位设计，从而保证涂料与炉缸的密切结合，从而保证炉体在后期冶炼过程中，涂料与炉缸的无缝结合，起到保护炉缸，避免炉缸氧化衰老的目的。
进一步，还在炉口组合砖的内壁设置稳流砖，所述稳流砖由异形砖组成，包括一块第一异型砖61和设置于第一异型砖两侧的两块第二异型砖62，三块异型砖依次摆放，并位于炉眼下方的内壁上，其高度低于炉眼高度，还在第一异型砖及第二异型砖表面、及与炉缸内壁接触的缝隙刷涂所述涂料，形成涂料层51。
由于炉眼处是出铁口，铁水旋流严重，对炭砖冲刷也严重，炉口砖是最易于衰老损坏的部件，在此处设置稳流砖，可以通过这三块砖体的形状对铁水起到稳流、缓流，改变对炉口砖冲刷的作用，从而保护炉口砖，且异型砖与炉缸内壁之间为斜面接触，起到对铁水引流、稳流的作用，避免了尖角接触对铁水阻挡导致铁水波动大的问题。
本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
以上所揭露的仅为本专利文件较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，而且在不背离本发明的精神或 基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。因此，无论从哪一点来看，均应将 实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说 明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明 内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种将高温抗氧化炭素涂料应用于炉体的刷涂方法，其特征在于：其中，所述高温抗氧化炭素涂料由以下原料按重量比组成：20%-34%的电煅无烟煤粉、12%-20%的碳化硅细粉、5%-10%的石墨粉、5%-10%的红柱石细粉、20%-38%的粘接剂，电煅无烟煤粉的电阻率小于450Ω，细度不小于200目，碳化硅细粉硅含量大于98%，细度不小于200目，石墨粉中石墨化程度大于99%，细度不小于200目，红柱石细度不小于200目，粘接剂选用含碳树脂CAROBRES T60；所述的高温抗氧化炭素涂料通过如下方法获得：先将电煅无烟煤粉、碳化硅细粉、石墨粉、红柱石细粉干混，混合均匀后，将粘接剂预热至30-50℃，再将混合粉末分散加入至粘接剂内，搅拌至少5小时，至混合均匀；所述将高温抗氧化炭素涂料应用于炉体的刷涂方法包括以下步骤：炉底冶炼部的炭砖层、侧壁冶炼部的立砖砌筑完成后，先对由炉底冶炼部和侧壁冶炼部组成的炉缸进行局部移动式预热，同时对预热后的区域刷涂所述涂料，其中，预热时采用局部移动式预热。
2.如权利要求1所述的刷涂方法，其特征在于所述局部移动式预热步骤为：预先将炉缸内壁划分为若干个小区域，采用小型预热工具，对每个小区域沿着炉缸内壁的炭砖表面依次预热，当当前小区域预热温度达到30-50℃，则对该区域刷涂涂料，同时对相邻的下一个小型区域进行预热，保持预热和刷涂的连续性。
3.如权利要求1所述的刷涂方法，其特征在于：刷涂过程中使用的工具内部设置加热机构，所述工具包括手柄、辊子，手柄与辊子两端铰接，辊子表面设置柔性层，在辊子内部设置加热机构，辊子内部为中空结构，加热机构为自发热机构，加热机构加热温度为30-55℃。
4.如权利要求1所述的刷涂方法，其特征在于：还在炉口组合砖的内壁设置稳流砖，所述稳流砖由异形砖组成，包括一块第一异型砖和设置于第一异型砖两侧的两块第二异型砖，三块异型砖依次摆放，并位于炉眼下方的内壁上，其高度低于炉眼高度，还在第一异型砖及第二异型砖表面、及与炉缸内壁接触的缝隙刷涂所述涂料。
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