CN113461418A - 一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料及其制备方法，包括以下重量份原料：镁铝尖晶石：50‑70份；二氧化锆：1‑20份；硼化物：1‑5份；硅溶胶：10‑30份；小分子有机羧酸溶液：1‑10份；氧基硅烷偶联剂：0.1‑2份；减水剂：0.1‑2份；硅溶胶为酸性硅溶胶，pH＝2‑6，硅溶胶中SiO2含量为20％～40％。优点是：适用于钢水包无碳罐衬砖，采用本发明的抗渣侵蚀涂料涂覆的涂层，表面光滑致密，气孔率低，质量均一，性能稳定，常温与高温下均与基体砖结合性好，热震稳定性好，抗冲刷性能好，抗渣侵效果改善显著，可以对无碳罐衬耐材起到很好的抗渣保护效果，减缓了无碳罐衬的修补频率。

Description

一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料及其制备方法
技术领域
本发明应用于耐火材料的涂料领域，尤其涉及一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料及其制备方法。
背景技术
目前，随着应用市场对洁净钢需求的日益增长，对于钢材性能要求不断提高。镁碳砖(指碳含量在10-16％)因含有石墨，不被钢渣、铁水润湿，且显气孔率较低，因而具有良好的热震稳定性和优良的抗渣性能，被广泛用于钢包中。但镁碳砖中碳含量高导致钢铁冶炼过程中热损耗高，同时碳含量高对冶炼低碳钢、超纯净钢不利。而钢包渣线部位与熔渣直接接触，受熔渣侵蚀最为严重。因此，目前除了钢包渣线位置，钢包其他位置耐火材料都使用了无碳罐衬砖，实现了无碳化。但无碳罐衬砖主要组成为刚玉、镁砂及尖晶石，易与熔渣反应，且砖体显气孔率高，熔渣容易渗透进入无碳罐衬砖并发生化学侵蚀，产生渗透层、变质层等，由于低熔物的生成熔解和变质层异常结构性剥落使得罐衬受渣侵蚀破坏，并随罐衬的反复使用而使渣侵作用不断加剧，直至罐衬残余厚度达不到安全使用要求而下线。因此未采用涂层的普通无碳罐衬抗渣侵蚀效果不佳，使用过程中受熔渣侵蚀损毁严重。
中国专利(CN201511016023.2)介绍了一种将配置的熔渣粉末，采用石墨电极通电在耐材表面原位生成一层熔渣涂层，采用类似溅渣护炉机理保护耐材，从而抵抗熔渣侵蚀。文献(铝镁浇注料钢包衬渣线部位Al2O3-ZrO2-SiO2系陶瓷保护涂层的研究[J].中国陶瓷，1997(01)：21-23.)介绍一种钢包铝镁浇注料保护涂层，采用烧A粉、锆英石粉、二氧化硅粉为原料，水玻璃为结合剂，高温下形成非晶态玻璃体填补裂纹，从而保护耐材。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料及其制备方法，提高钢水包无碳罐衬砖抗渣侵蚀性和使用寿命，该抗渣侵蚀涂料在常温及高温下均能与基体砖有良好的结合性，热震稳定性，抗冲刷性能好，可以对无碳罐衬耐材起到很好的抗渣保护效果，减缓了无碳罐衬的修补频率。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，包括以下重量份原料：
镁铝尖晶石：50-70份；
二氧化锆：1-20份；
硼化物：1-5份；
硅溶胶：10-30份；
小分子有机羧酸溶液：1-10份；
氧基硅烷偶联剂：0.1-2份；
减水剂：0.1-2份；
所述的镁铝尖晶中Al2O3含量为50％～90％，粒度≤0.074mm；
所述的二氧化锆含量≥99％，粒度≤0.074mm；
所述的硅溶胶为酸性硅溶胶，pH＝2-6，硅溶胶中SiO2含量为20％～40％。
所述的硼化物为三氧化二硼或氮化硼或碳化硼，粒度≤0.074mm。
所述的钢包无碳罐衬的耐材是方镁石-镁铝尖晶石砖或刚玉-镁铝尖晶石砖。
所述镁铝尖晶石为电熔镁铝尖晶石、烧结镁铝尖晶石的一种或两种复合，复合时电熔镁铝尖晶石与烧结镁铝尖晶石的质量比为1:10～10:1。
所述的小分子有机羧酸溶液为pH＝0.5-4的柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乙酸或草酸溶液。
所述的氧基硅烷偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570。
所述减水剂为萘系减水剂、磺酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种。
一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将镁铝尖晶石、硼化物、二氧化锆按重量份加入混料机中，干混均匀，制备成干混料；
2)将硅溶胶、小分子有机羧酸溶液、氧基硅烷偶联剂及减水剂按重量份混合均匀，配制成结合剂溶液；
3)将干混料与结合剂溶液加入搅拌机中混合均匀，得到成品。
在钢包用无碳罐衬内表面涂刷小分子有机羧酸溶液，对罐衬表面进行改性后，再将步骤3)的成品涂刷，或涂抹，或喷涂在无碳罐衬内表面形成0.1-5mm厚的涂层，干燥。
所述的干燥指常温下自然干燥12～72h。
钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料中各原料的作用：
镁铝尖晶石：熔点高(2135℃)，热膨胀系数小，抗碱渣侵蚀性强，且抗熔融金属相侵蚀能力强，化学性质比较稳定，且在高温下会固溶钢渣中Fe、Mn等元素，间接使钢渣变为富硅渣，提高钢渣的高温粘度，减缓钢渣的渗透侵蚀。基于上述原因，采用镁铝尖晶石作为涂料的主要填料。
二氧化锆：熔点高(2950℃)，热导率较低，具有优良的化学稳定性，不易被钢渣，钢水润湿，抗渣侵蚀能力强。基于上述，氧化锆作为涂料的主要抗渣侵蚀添加剂。
硼化物：具有较低的熔点，优良的促熔效果，是优良的促熔剂，因此在涂料中起到促熔作用。
硅溶胶：优良的高温无机结合剂，硅溶胶较纯，除SiO2，不会引入其他杂质物相，硅溶胶颗粒的内部结构为硅氧烷(—SiOSi—)网络结构，作为涂料结合剂，干燥后—SiOSi—缩合，形成牢固的架状结构，从而为涂料提供较好的强度；且硅溶胶中的SiO2高温下与钢渣接触，提高了钢渣中的硅含量，从而提高了钢渣的高温粘度，减缓钢渣的渗透侵蚀。
小分子有机羧酸溶液：起到调节涂料Ph及缓凝、分散涂料作用。
氧基硅烷偶联剂：起到提高涂层结合强度作用。
减水剂起到涂料减水、分散作用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明适用于钢水包无碳罐衬砖，采用本发明的抗渣侵蚀涂料涂覆的涂层，表面光滑致密，气孔率低，质量均一，性能稳定，常温与高温下均与基体砖结合性好，热震稳定性好，抗冲刷性能好，抗渣侵效果改善显著，可以对无碳罐衬耐材起到很好的抗渣保护效果，减缓了无碳罐衬的修补频率，提高了无碳罐衬的使用寿命，实现在钢包渣线部位使用无碳砖的应用目标。涂料主要材料由常用耐火材料原料组成，原料易得，工艺简单，经济环保，节能减排。
抗渣侵蚀涂料的抗渣机理在于：常温下即与无碳罐衬表面实现致密结合，减少无碳罐衬的表面气孔率，降低使用中渣渗透进入无碳罐衬的几率；在高温下涂层与熔渣反应，减少了熔渣中低熔点相的生成，提高了熔渣的粘度及熔点，形成高粘度相，进一步堵塞砖体气孔，阻止熔渣渗透侵蚀。通过以上原理可以对无碳罐衬耐材起到很好的抗渣保护效果，显著降低了无碳罐衬耐材熔渣侵蚀损毁，减少了无碳罐衬的单元周期修补频次，提高了无碳罐衬的使用寿命，实现在钢包渣线部位使用无碳砖的应用目标。
附图说明
图1是实施例1渣侵后宏观图。
图2是实施例2渣侵后宏观图。
图3是实施例3渣侵后宏观图。
图4是实施例4渣侵后宏观图。
图5是比较例1渣侵后宏观图。
图6是比较例2渣侵后宏观图。
图7是实施例2渣侵后工作层显微结构图。
图8是比较例1渣侵后工作层显微结构图。
图9是比较例2渣侵后工作层显微结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
实施例1
一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，按重量份计：
电熔镁铝尖晶石65份，二氧化锆5份，硼酐(三氧化二硼)1份，pH＝3(SiO2：30％)的高稳定纳米硅溶胶20份，pH＝2的柠檬酸溶液5份，KH-570偶联剂2份、聚羧酸系减水剂FD35为2份。
一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料的制备方法如下：
(1)根据上述配方配料，将电熔镁铝尖晶石、硼酐、二氧化锆加入混料机中，充分干混均匀，制备成干混料备用。
(2)根据上述配方配料，将硅溶胶、柠檬酸溶液、KH-570偶联剂及FD35减水剂，配制成成分均匀的结合剂溶液备用。
(3)将制备成的干混料与结合剂溶液加入搅拌机中充分混合均匀。
(4)将钢包用无碳罐衬表面涂刷一次pH＝2的柠檬酸溶液(不在原料重量份内)，对罐衬表面进行改性，然后将步骤3)配置好的涂料涂刷在无碳内衬(方镁石-镁铝尖晶石砖)表面后干燥48h。
在涂刷抗渣侵蚀涂料之前，用小分子有机羧酸溶液(柠檬酸溶液)对无碳罐衬进行一次涂刷，起到对罐衬表面改性作用，涂刷后在罐衬表面以分子，离子形式存在。
实施例2
一种钢包无碳内衬用抗渣侵蚀涂料，按重量份计：
烧结镁铝尖晶石70份，二氧化锆5份，碳化硼2份，pH＝2(SiO2：20％)的硅溶胶16份，pH＝4的酒石酸溶液4份，KH-560偶联剂2份，聚羧酸系减水剂FS20 1份。
一种钢包无碳内衬用抗渣侵蚀涂料其制备方法如下：
(1)根据上述配方配料，将烧结镁铝尖晶石、碳化硼、二氧化锆加入混料机中，充分干混均匀，制备成干混料备用。
(2)根据上述配方配料，将硅溶胶、酒石酸溶液、KH-560偶联剂及FS20减水剂，配制成成分均匀结合剂溶液备用。
(3)将制备成的干混料与结合剂溶液加入搅拌机中充分混合均匀备用。
(4)将钢包用无碳内衬表面涂刷一次pH＝4的酒石酸溶液，对罐衬表面改性，然后，将配置好的涂料涂刷在无碳内衬(方镁石-镁铝尖晶石砖)表面后干燥72h。
实施例3
一种钢包无碳内衬用抗渣侵蚀涂料，按重量份计：
电熔镁铝尖晶石70份，二氧化锆2份，氮化硼3.5份，pH＝2(SiO2：40％)的硅溶胶20份，pH＝1的苹果酸溶液1份，KH-570偶联剂1.5份，磺酸系减水剂磺化三聚氰胺甲醛树脂2份。
一种钢包无碳内衬用抗渣侵蚀涂料其制备方法如下：
(1)根据上述配方配料，将电熔镁铝尖晶石、氮化硼、二氧化锆加入混料机中，充分干混均匀，制备成干混料备用。
(2)根据上述配方配料，将硅溶胶、苹果酸溶液、KH-570偶联剂及磺化三聚氰胺甲醛树脂减水剂，配制成成分均匀结合剂溶液备用。
(3)将制备成的干混料与结合剂溶液加入搅拌机中充分混合均匀备用。
(4)将钢包用无碳内衬表面涂刷一次pH＝1的苹果酸溶液的混合溶液(另外涂刷，不在原料重量份内)，对罐衬表面进行改性，然后，将配置好的涂料涂刷在无碳内衬(方镁石-镁铝尖晶石砖)表面后干燥36h。
实施例4
一种钢包无碳内衬用抗渣侵蚀涂料，按重量份计：
镁铝尖晶石50份其中电熔镁铝尖晶石20份，烧结尖晶石30份，二氧化锆20份，碳化硼2份，pH＝2(SiO2：30％)的硅溶胶24.5份，pH＝2的柠檬酸溶液2份，KH-550偶联剂0.5份，萘磺酸甲醛缩合物减水剂NNO 1份。
一种钢包无碳内衬用抗渣侵蚀涂料其制备方法如下：
(1)根据上述配方配料，将电熔镁铝尖晶石、烧结尖晶石、碳化硼、二氧化锆加入混料机中，充分干混均匀，制备成干混料备用。
(2)根据上述配方配料，将硅溶胶、柠檬酸溶液、KH-550偶联剂及FD10减水剂，配制成成分均匀结合剂溶液备用。
(3)将制备成的干混料与结合剂溶液加入搅拌机中充分混合均匀备用。
(4)将钢包用无碳内衬(方镁石-镁铝尖晶石砖)表面涂刷一次pH＝2的柠檬酸溶液后(另外涂刷)，对罐衬表面进行改性后，将配置好的涂料涂刷在无碳内衬表面后干燥36h。
比较例1：
未涂涂层的方镁石-镁铝尖晶石砖。
比较例2：
未涂涂层的钢包渣线镁碳砖。
对上述实施例及比较例采用滴渣法，使用2g钢包渣置于上述实施例1、2、3、4及比较例表面，进行1600℃30min渣侵实验，实验结果见表1。
表1
试样 最大渣侵深度/mm
实施例1 3.31
实施例2 3.12
实施例3 3.31
实施例4 3.22
比较例1 14.23
比较例2 4.21
表1和图1-6结果表明，实施例1-4最大渣侵深度均小于比较例1渣侵深度，说明本发明的涂层有效保护了无碳罐衬不被熔渣侵蚀，起到了良好的抗渣侵蚀保护炉衬作用。
实施例1-4与比较例2相比，最大渣侵深度略小于比较例2，说明涂覆涂层的方镁石-镁铝尖晶石砖实施例1-4略好于目前使用的比较例2镁碳砖，因此认为可替代现有罐衬镁碳砖应用于钢包罐衬。
由图7可见，涂层与无碳罐衬结合致密，涂有涂层的无碳罐衬几乎未被钢渣侵蚀，钢渣大部分被滞留于涂层内，涂层中镁铝尖晶石与钢渣中Fe、Mn反应，使钢渣转变为富硅渣，增大钢渣的粘度和熔点，且涂层中的二氧化硅与钢渣反应形成高粘、高熔点相，进一步增大钢渣的熔融温度和粘度，减缓了熔渣在涂层中的渗透，使砖体不被钢渣侵蚀。
而图8中可见试样受熔渣侵蚀严重，熔渣侵彻整个砖体试样，试样整体出现气孔、裂纹增加，结构疏松、高温液相量增大现象。图9可见，侵蚀实验后钢包渣线用镁碳砖工作层发生氧化脱碳，形成较多气孔，骨料边角变圆滑，晶间液相量增多，受侵蚀严重。

Claims (10)

1.一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，其特征在于，包括以下重量份原料：
镁铝尖晶石：50-70份；
二氧化锆：1-20份；
硼化物：1-5份；
硅溶胶：10-30份；
小分子有机羧酸溶液：1-10份；
氧基硅烷偶联剂：0.1-2份；
减水剂：0.1-2份；
所述的镁铝尖晶中Al2O3含量为50％～90％，粒度≤0.074mm；
所述的二氧化锆含量≥99％，粒度≤0.074mm；
所述的硅溶胶为酸性硅溶胶，pH＝2-6，硅溶胶中SiO2含量为20％～40％。
2.根据权利要求1中所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，其特征在于，所述的硼化物为三氧化二硼或氮化硼或碳化硼，粒度≤0.074mm。
3.根据权利要求1中所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，其特征在于，所述的钢包无碳罐衬的耐材是方镁石-镁铝尖晶石砖或刚玉-镁铝尖晶石砖。
4.根据权利要求1中所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，其特征在于，所述镁铝尖晶石为电熔镁铝尖晶石、烧结镁铝尖晶石的一种或两种复合，复合时电熔镁铝尖晶石与烧结镁铝尖晶石的质量比为1:10～10:1。
5.根据权利要求1中所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，其特征在于，所述的小分子有机羧酸溶液为pH＝0.5-4的柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乙酸或草酸溶液。
6.根据权利要求1中所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，其特征在于，所述的氧基硅烷偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570。
7.根据权利要求1中所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂、磺酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的一种。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将镁铝尖晶石、硼化物、二氧化锆按重量份加入混料机中，干混均匀，制备成干混料；
2)将硅溶胶、小分子有机羧酸溶液、氧基硅烷偶联剂及减水剂按重量份混合均匀，配制成结合剂溶液；
3)将干混料与结合剂溶液加入搅拌机中混合均匀，得到成品。
9.根据权利要求8所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料的制备方法，其特征在于，在钢包用无碳罐衬内表面涂刷小分子有机羧酸溶液，对罐衬表面进行改性后，再将步骤3)的成品涂刷，或涂抹，或喷涂在无碳罐衬内表面形成0.1-5mm厚的涂层，干燥。
10.根据权利要求9所述的一种钢包无碳罐衬用抗渣侵蚀涂料的制备方法，其特征在于，所述的干燥指常温下自然干燥12～72h。
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