CN114644481B - 渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料及其制备方法和应用。其中，材料包括：白云石细粉、碳化硅细粉、炭素细粉、膨润土微粉、凹凸棒土微粉、黏土微粉、氧化铝微粉等。本发明材料隔热性能良好，可提高渣罐抵抗熔渣侵蚀能力，在使用温度下可自行缓慢分解，可隔离钢渣提高翻罐率，提高渣罐的周转效率和使用寿命，保证炼钢渣处理工序的安全顺行；本发明易于施工，可在常温下施工，利用罐体余热自行凝结固化形成整体致密的防护涂层，且对环境无污染。

Description

渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及冶金材料技术领域，具体而言，涉及一种用于炼钢渣罐等冶金设备内壁用涂层材料，具有隔热、抗熔渣侵蚀作用的隔渣涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术

钢铁生产过程中会用到钢渣罐、渣盘等装载及转运熔渣的关键冶金设备。这些设备在运行过程中不可避免地会与各种熔渣相接触，熔渣往往粘度大、化学腐蚀性强，会对全金属结构的传统渣罐壳体或耐高温内衬材料产生严重侵蚀和损毁。随着转炉冶炼技术的进步与不断强化，对渣罐等冶金设备的使用寿命及周转效率也提出了更高的要求。

渣处理工艺要求红渣自动翻罐。在金属渣罐内部表面喷涂具备隔热抗熔渣侵蚀的涂层材料，能够有效阻隔熔渣对渣罐金属材质的粘附侵蚀损毁，减少熔渣粘罐现象，确保渣罐拥有最大程度的有效装载容积，大幅度提高翻罐率，延长渣罐的使用寿命。

渣罐用高性能隔热抗熔渣侵蚀隔渣涂层材料应具备以下功能：①能够阻隔钢渣对渣罐金属壳体的浸润，降低熔渣对于金属罐体的热化学侵蚀破坏；②良好的隔热性能，降低罐体金属表面的温度，确保罐体的受热体积稳定性；③能够在高温使用时自行分解，在熔渣和金属罐体之间形成隔层，在保护罐体的同时，使得熔渣易于从渣罐中倒出；④施工性能好，具备优良的抗氧化性能和热震稳定性。

目前，渣罐隔渣剂多数采用耐火喷涂料，料体中含有粒度分布极宽的颗粒料及粉料，采用喷涂机施工于渣罐内表面。利用耐火喷涂料作为渣罐隔渣剂存在以下问题：(1)粒度、密度不均容易产生偏析，喷涂料由不同粒度、比重的骨料和细分组成，施工过程中容易产生偏析，无法形成均匀的隔渣层；(2)喷涂料反弹率较高，也不易形成厚度合适的致密隔热抗渣涂层；(3)使用废料制备的喷涂料隔渣剂涂层，成本较低但耐火度相对较低，使用寿命较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隔热性能良好，抗熔渣侵蚀能力强的渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料及其制备方法和应用，以降低炼钢渣罐抵抗熔渣侵蚀破损率，提升炼钢渣罐有效容积，提高渣罐周转率和使用寿命，保证炼钢渣处理工序的安全顺行，且具有易施工，对环境无污染的优点。

本发明将干料加水搅拌形成均质浆料后，喷涂施工于渣罐内层金属材质表面，构筑形成覆盖层，可以替代以往渣罐周转过程中的“垫干渣”作业，避免“垫干渣”作业产生的扬尘、噪声污染。本发明可以在常温下制备及施工，并在常温或利用渣罐余热实现自固化、具有适宜强度，形成牢固结合的耐火隔热涂层，并在使用温度下自行缓慢分解，达到隔离钢渣，提高翻罐率的目的。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，本发明提供的一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料，包括干料和水，其中，所述干料按照重量份数计，包括：

其中，所述白云石细粉，其细粉粒径≤0.044mm，其主要化学组成为MgCa(CO₃)₂。即所述白云石细粉的细度为-325目，325目筛下料。

所述碳化硅细粉，SiC含量≥90wt％；其细粉粒径≤0.044mm，即其细度可以为-325目。

所述炭素细粉为石墨或者电极粉等炭素材料中的一种，纯度为固定碳≥90wt％，粒度小于0.088mm。其中，通过将报废电极进行细磨，得到符合所述粒径的电极粉。

所述膨润土微粉为钠基膨润土，研磨细度<5μm；所述膨润土微粉作为浆料悬浮剂。

所述的凹凸棒土微粉，是一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，研磨细度为<3μm。

所述氧化铝微粉中，Al₂O₃含量≥99.5wt％，平均粒度≤5μm。

所述分散剂为磷酸盐、聚羧酸盐中的一种或几种复合。可选地，所述分散剂的重量份数为0.1～0.5重量份。优选地，采用聚羧酸盐作为分散剂。更优选地，采用磷酸盐和聚羧酸盐复合作为分散剂，例如采用六偏磷酸钠和三聚磷酸钠组成的复合磷酸盐作为分散剂。

所述固化剂为一种以铝酸钙为主的胶凝材料，例如：纯铝酸钙水泥。所述固化剂用于常温冷态施工，当罐体有100℃以上的余温时，不必添加。进一步地，当渣罐余温低于100℃时，所述固化剂的重量份数为0.1～2.5重量份。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料的制备方法，包括：按照重量份数称取所述干料，构成涂层材料混合粉体；加入水，搅拌均匀，得到浆料；其中，所述水的重量为所述干料总重量的1.2～1.8倍。其中，搅拌均匀后形成的浆料的密度为1.12～1.15g/cm³。进一步地，按照重量份数计，所述干料100重量份，水150重量份。

根据本发明的还一个方面，本发明提供的一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料的应用，包括：将所述干料和水搅拌均匀，采用喷射方法喷射于渣罐内壁，粘结固化形成致密的渣罐隔热抗侵蚀涂层，其中，所述涂层厚度为1～2mm。其中，所述浆料的用量为2～2.5kg/m²。可选地，采用渣浆泵喷射于渣罐内部，例如转炉钢渣罐内壁。

上述混合料经施工形成的涂层作为渣罐隔热抗侵蚀隔渣剂，其隔热抗熔渣侵蚀具体机理如下：

白云石粉受热至700～900℃时，分解生产二氧化碳和氧化钙、氧化镁的混合物，而钢渣罐的使用温度为1100～1600℃，复合涂层材料中的白云石粉末在高温下发生缓慢分解，熔渣-复合涂层界面的涂层材料以“自消耗”的方式呈现结构疏松乃至脱落，可有效实现熔渣和金属罐体的隔离。

碳化硅化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好；碳化硅与熔融钢渣的浸润角度大，不易被钢渣浸润；碳化硅还可以保护炭素材料不被氧化。

炭素材料的熔点在2000℃以上，可以抵抗熔渣的高温；炭素材料不易被钢渣浸润，能有效地保护金属罐体。

膨润土微粉充当悬浮剂的作用，可以确保含有白云石、碳化硅、炭素材料等品级性材料的涂层混合料浆不发生沉降，形成稳定均质的浆体涂层。进一步地，本发明采用钠基膨润土，再加上凹凸棒土，配成的隔渣涂层材料，具有更好的悬浮性，不易沉降，能加入更大比例的水，可以达到节约材料的效果。

凹凸棒土微粉作为一种具有链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。具有强吸水性，加入涂层材料中可以提高材料的增稠性、悬浮性、摇融性、触变性，使涂层材料更容易喷涂施工。

本发明可选实施例中，采用聚羧酸盐，或者采用磷酸盐和聚羧酸盐复合作为分散剂，例如采用六偏磷酸钠和三聚磷酸钠组成的复合磷酸盐作为分散剂。相比单独的六偏磷酸钠分散剂对硅灰粉起分散作用，上述两种类型分散剂不仅对硅灰粉其分散作用，对粘土、膨润土以及白云石等粉体，都有很好的分散作用。

本发明的有益效果如下：

本发明隔渣涂层材料，隔热性能良好，能够有效阻隔热量向渣罐表面传递，降低金属罐体的表面温度；抗熔渣侵蚀能力强，能够极大地减缓熔渣对涂层及渣罐金属层的渗透侵蚀；在1000℃以上的工作温度能够轻微分解，在熔渣和金属罐体之间形成高粘度隔绝过渡层，既能对罐体形成良好防护，又有利于罐内渣液快速干净地移除罐体，提高渣罐周转率；对环境无污染；易于施工，可在常温下施工，利用罐体余热自行凝结固化形成整体防护涂层。

所述渣罐隔热抗侵蚀隔渣剂应用于炼钢转炉渣罐中，经粘结固化形成致密的涂层，可以使得渣罐抵抗熔渣侵蚀破损率大大降低，渣罐有效容积得到提升，渣罐的周转效率增大，渣罐使用寿命大幅度提高，大大降低了材料消耗的综合成本，起到了节能降耗的作用。本发明中的加水量可以120～180％，涂层厚度可以为2mm，本发明浆料用量少，更经济。

本发明渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料的各项性能指标很好地契合了工程实际应用，并在炼钢工艺流程中推广使用，促进了炼钢工艺的优化和钢铁生产的高效顺行。本发明可适应目前钢铁工业循环利用固体废弃物的发展趋势。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中对本发明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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例1

该实施例提供的一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料，包括干料和水。其中，所述干料按照重量份数计，包括：

其中，所述炭素细粉为：采用报废电极，通过雷蒙磨，细磨而成的电极粉，其细度为325目。

上述原料按配比，混合均匀制成炼钢转炉渣罐内置隔热抗熔渣侵蚀复合涂层的干料组份，按25Kg/袋包装，运往复合涂层喷涂作业区。喷涂前使用高速制浆机，将干料组份为100％，加入150％的清水，制成复合涂层浆体备用。在每次渣罐装渣之前，进行喷涂。

Z公司(50万吨/年)钢渣处理线投产初期采用“垫干渣”的方式防止粘渣。“垫干渣”减少了渣罐的有效罐容；使用时容易造成粘渣，一次翻罐率只有70％；清罐作业现场扬尘大噪音严重，每次清罐时间长达0.5小时以上。

采用本发明实施例1所述的复合涂层浆体进行喷涂作业后，可以实现“在线喷涂”，每次喷涂时间为30秒，整个作业时间由“垫干渣”方式30min缩短至3min；一次喷涂量干粉量为20公斤(浆体量为50公斤)，喷涂厚度约1～2mm，渣罐容积保持不变；且隔渣剂涂层喷涂为湿法作业，没有扬尘、噪音等二次污染；翻罐率由70％提升至96％。本发明上述作业方式大幅提高了渣罐的周转效率，增强了渣处理能力，保障了炼钢生产高效顺行。

实施例2

该实施例提供的一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料，包括100％干料和150％水。所述干料按照重量份数计，包括：

其中，分散剂为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠组成的复合磷酸盐。

X钢铁公司(116万t/a)的钢渣处理生产线，距离转炉车间比较远，渣罐转运时间达1～2小时；罐内钢渣温度降低较大，易于粘渣。原来使用单一的钙质隔渣剂喷涂料，易于沉降；储浆罐内需经常性的启动搅拌设备以防止沉降，操作不便，隔渣效果不佳，平均翻罐率为88％。

采用本发明实施例2干料和水搅拌均匀得到的浆料进行喷涂作业后，不产生任何粘渣现象，翻罐率提升至96％。

实施例3

该实施例提供的一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料，100％干料和150％水。其中，干料按照重量份数计，包括：

其中，分散剂为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠组成的复合磷酸盐。固化剂为纯铝酸钙水泥。

X钢铁公司第三炼钢厂主要产品是板坯、硅钢。为了提高低硫钢的合格率，造渣剂中含有一定量的CaF2、金属Si和金属Al，钢渣的流动性强、对渣罐的侵润性破坏性大，渣罐经过3个月的周转运行，发现内壁存在数量众多的不连续3～5mm深度的侵蚀凹坑。

对该炼钢厂渣罐的内衬，采用实施例3干料和水搅拌均匀得到的浆料进行喷涂作业，在内衬形成了2mm的致密隔渣剂涂层。由于实施例3中含有较大比例的碳化硅细粉，碳化硅的耐高温性好(升华温度(约2700℃))，与熔渣的浸润角大，不易被熔渣浸润，抗渣性极为优异，实施例3比单纯的白云石质隔渣剂具有更为优异的隔渣效果。渣罐经6个月的周转仍然光滑平整，没有明显的侵蚀迹象。

实施例4

本发明提供的一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料，包括100％干料和150％水。其中，干料按照重量份数计，包括：

其中，分散剂为为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠组成的复合磷酸盐。固化剂为纯铝酸钙水泥。

R钢铁公司100万/a钢渣处理生产线采用16m³渣罐。在运行初期，没有采用浆料喷涂，造成渣罐出现频繁结罐(熔渣在渣罐内冷凝、粘结无法倒出)现象。采用液压镐清理一个罐耗时30～60分钟，效率低下，且易对渣罐造成局部损坏；而且清理出的冷凝渣坨无法进行资源化再处理，造成资源浪费。

对该炼钢厂渣罐的内衬，采用实施例4中干料和水搅拌后得到的浆料进行喷涂作业，翻罐率提升到98％，基本未出现结罐现象，大幅度地减少了机械清罐的作业量，提高了渣处理效率。

实施例5

本发明提供的一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料，包括100％干料和180％水。其中，干料按照重量份数计，包括：

其中，分散剂为为六偏磷酸钠和三聚磷酸钠组成的复合磷酸盐。固化剂为纯铝酸钙水泥。

将所述实施例5用于F钢铁公司50万/a钢渣处理生产线，翻罐率由原来未喷涂时的81％提升到97％，减少了机械清罐的作业量，提高了渣罐周转率，减少了每年的渣罐消耗量。

以上所述仅为本发明的针对典型渣罐作业中出现的问题的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料，其特征在于，其原料包括干料和水，所述材料是通过将干料和水混合搅拌得到的浆料，所述水的重量为干料总重量的1.2～1.8倍，所述浆料的密度为1.12～1.15g/cm³，所述浆料用于喷射在渣罐内壁且形成的隔热抗侵蚀隔渣涂层的厚度为1～2mm，

其中，所述干料按照重量份数计，组成为：

其中，所述碳化硅细粉，SiC含量≥90wt％；其细粉粒径≤0.044mm；所述膨润土微粉为钠基膨润土，研磨细度<5μm；所述的凹凸棒土微粉，研磨细度为<3μm；所述氧化铝微粉中，Al₂O₃含量≥99.5wt％，平均粒度≤5μm；所述分散剂为磷酸盐、聚羧酸盐中的一种或几种复合；所述白云石细粉，其细粉粒径≤0.044mm，其主要化学组成为MgCa(CO₃)₂；所述炭素细粉为石墨或者电极粉，纯度为固定碳≥90wt％，粒度小于0.088mm；所述固化剂为以铝酸钙为主的胶凝材料。

2.一种根据权利要求1所述的渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料的制备方法，其特征在于，包括：

按照重量份数称取干料；

加入水，搅拌均匀，得到浆料；其中，所述水的重量为所述干料总重量的1.2～1.8倍。

3.一种根据权利要求1所述的渣罐隔热抗侵蚀隔渣涂层材料的应用，其特征在于，将所述干料和水搅拌均匀形成浆料，采用渣浆泵喷射于渣罐内壁，浆料的用量为2～2.5kg/m²，粘结固化形成渣罐隔热抗侵蚀涂层，其中，所述涂层厚度为1～2mm。