CN115181437B - 一种重轨钢坯防脱碳涂料及其制备和应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种重轨钢坯防脱碳涂料，其包含涂料基料和涂料粘结剂，其中：所述涂料基料包括基于高钛型高炉渣的主要成分以及添加剂，并且所述基于高钛型高炉渣的主要成分包含高钛型高炉渣高温碳化后形成的碳化渣、高钛型高炉渣高温碳化渣提钛后的提钛尾渣以及高钛型高炉渣水淬处理后的水淬渣中的一种。本发明还涉及该重轨钢坯防脱碳涂料的制备方法和应用方法。本发明的技术方案采用经碳化处理后的固体废弃物作为原料使用，具有价廉易得、品质更优的特点，并且可以提高重轨脱碳层厚度<0.3mm的合格率。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料热处理防护技术领域，具体涉及一种重轨钢坯防脱碳涂料及其制备和应用方法。
背景技术
金属材料在轧制前需要高温热处理，在热处理过程中导致金属材料高温氧化烧损，降低了金属材料收得率，同时导致金属材料中合金元素的氧化损失。目前现有技术采用喷涂防护涂料的措施保护金属材料在高温下氧化。通过资料分析，目前的防护涂料有化学反应型保护涂料、氧化还原型保护涂料、熔膜屏蔽性保护涂料。其中熔膜屏蔽性保护涂料利用涂层在加热过程中逐步形成致密而牢固的玻璃陶瓷状物质，隔绝氧与钢坯基体的接触，从而达到保护钢坯的目的。该涂料应用最普遍，涂层不受加热时间的限制，对加热温度的适应性也较宽。
重轨是攀钢的拳头产品，产品品质享誉海内外，是国内唯一免检轨道产品。但攀钢重轨唯一的缺陷是脱碳层厚度<0.3mm的合格率较低，不能满足铁道公司脱碳层厚度<0.3mm的合格率内控指标要求。目前国内其他重轨生产企业普遍采用防护涂料喷涂技术，提高重轨品质，攀钢目前还没有采取有效措施。
发明内容
针对现有技术的不足，通过对比分析，申请人提出了采用高钛型高炉渣高温碳化渣作为基本材料开发高碳钢防脱碳涂料的思路，在此基础上，申请人发现高钛型高炉渣高温碳化渣提钛后的提钛尾渣以及高钛型高炉渣水淬处理后的水淬渣也能实现与高温碳化渣类似的效果。
具体地，根据本发明的一个方面，提供一种重轨钢坯防脱碳涂料，其包含涂料基料和涂料粘结剂，其中：所述涂料基料包括基于高钛型高炉渣的主要成分以及添加剂，并且所述基于高钛型高炉渣的主要成分包含高钛型高炉渣高温碳化后形成的碳化渣、高钛型高炉渣高温碳化渣提钛后的提钛尾渣以及高钛型高炉渣水淬处理后的水淬渣中的一种。
在本发明的一个实施例中，所述碳化渣包括以下组分：含量为79～92％的玻璃体，含量为7～20％的碳氮化钛，含量为1～5％的游离碳；
所述提钛尾渣包括以下组分：含量为88～92％的玻璃体，含量为2～5％的碳氮化钛，含量为3～7％的二氧化钛，含量为3～5％的游离碳；
所述水淬渣包括以下组分：含量为68～80％的玻璃体，含量为20～32％的二氧化钛。
在本发明的一个实施例中，所述碳化渣的软化温度为1200～1250℃，半球温度1270～1300℃，流动温度1450～1480℃，粒度为-400目；
所述提钛尾渣的软化温度为1200～1240℃，半球温度1250～1290℃，流动温度1400～1450℃，粒度为-400目。
所述水淬渣的软化温度为1190～1230℃，半球温度1240～1270℃，流动温度1380～1430℃，粒度为-400目。
在本发明的一个实施例中，所述添加剂包括钠基膨润土、硼砂、氧化铝粉中的至少一种。
在本发明的一个实施例中，所述钠基膨润土添加量为占所述涂料基料的0～2％，硼砂添加量为占所述涂料基料的0～1％，氧化铝粉添加量为占所述涂料基料的0～5％。
在本发明的一个实施例中，所述涂料粘结剂包括酸性硅溶胶、碱性硅溶胶、钠基水玻璃、磷酸二氢铝中的一种。
在本发明的一个实施例中，所述磷酸二氢铝的浓度为20～35％；所述酸性硅溶胶的浓度为20～40％；所述碱性硅溶胶的浓度为20～40％；所述钠基水玻璃的浓度为20～40％。
在本发明的一个实施例中，所述涂料基料与涂料粘结剂的配比为8：5。
根据本发明的另一方面，提供一种重轨钢坯防脱碳涂料的制备方法，其包括以下步骤：
将涂料基料与涂料添加剂按配比混匀后，进行定量包装；
将涂料粘结剂进行定量包装；以及将以上两种定量包装后的物料按照配比混匀成浆体，制得涂料。
根据本发明的又一方面，提供重轨钢坯防脱碳涂料的应用方法，其包括以下步骤：
采用高压喷涂工艺将所述涂料均匀喷涂到钢坯表面，其中，钢坯温度<150℃。
本发明采用经碳化处理后的固废作为原料使用，具有价廉易得、品质更优的特点。此外，本发明的涂料施工工艺简单，喷涂效果好，而且产品稳定性好，不产生化学反应，沉降慢。
附图说明
图1示出了本发明提供的一种重轨钢坯防脱碳涂料的制备方法的流程示意图；
图2示出了本发明提供的一种重轨钢坯防脱碳涂料的应用方法的流程示意图；
图3示出了本发明的实施例的重轨钢坯防脱碳涂料的制备和应用方法的流程示意图。
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
根据本发明的一个方面，提供一种重轨钢坯防脱碳涂料，其包含涂料基料和涂料粘结剂，其中：涂料基料包括基于高钛型高炉渣的主要成分以及添加剂，并且基于高钛型高炉渣的主要成分包含高钛型高炉渣高温碳化后形成的碳化渣、高钛型高炉渣高温碳化渣提钛后的提钛尾渣以及高钛型高炉渣水淬处理后的水淬渣中的一种。
根据本发明，采用的高钛型高炉渣高温碳化渣具有玻璃体含量高(玻璃体含量>79％，优选玻璃体含量>85％)、熔点范围与攀钢重轨钢坯加热制度一致(1200～1250℃)的特点。碳化渣中含有较高的碳氮化钛，显著提高了涂料的流动温度，延宽了涂料加热温度范围，不至于长时间高温条件下涂层流动脱落。同时碳氮化钛还起到微还原作用，可以先与加热炉气中的氧结合，延缓钢坯氧化。碳化渣为高温处理后的中性渣，稳定性良好，适配多种粘结剂(中性粘结剂、酸性粘结剂、碱性粘结剂等)，适配范围广。另外，高钛型高炉渣高温碳化渣提钛后的提钛尾渣与高钛型高炉渣水淬处理后的水淬渣也具有以上部分特点，也都可以作为防护涂料的基料使用，而且成本与碳化渣相比更低。
具体地，碳化渣可以包括以下组分：含量为79～92％的玻璃体，含量为7～20％的碳氮化钛，含量为1～5％的游离碳；碳化渣的软化温度为1200～1250℃，半球温度1270～1300℃，流动温度1450～1480℃，粒度为-400目。其中，玻璃体的作用是在高温状态下(例如1200～1250℃)呈熔融态，能均匀覆盖在钢坯表面，形成隔膜，有效阻止炉气中的氧渗入氧化钢坯表面；碳氮化钛为良好的耐火组分，可以有效提高玻璃体熔体的粘度，防止玻璃体熔体由于高温作用流淌滴落，起到良好的黏附作用；渣中的游离碳既可起到耐火组分作用，提高熔体粘度，同时可以起到先与炉气中的氧参与反应，阻止其进一步渗透氧化钢坯的作用。
提钛尾渣可以包括以下组分：含量为88～92％的玻璃体，含量为2～5％的碳氮化钛，含量为3～7％的二氧化钛，含量为3～5％的游离碳；提钛尾渣的软化温度为1200～1240℃，半球温度1250～1290℃，流动温度1400～1450℃，粒度为-400目。其中，提钛尾渣中的碳氮化钛和游离碳能够起到与上述碳化渣中的碳氮化钛和游离碳相同的作用；提钛尾渣中的二氧化钛在高温下与渣中氧化钙结合，形成钙钛矿相，属于高温物相(熔点1980℃)，同样可以起到耐火组分作用，提高玻璃体熔体的粘度。
水淬渣可以包括以下组分：含量为68～80％的玻璃体，含量为20～32％的二氧化钛。水淬渣的软化温度为1190～1230℃，半球温度1240～1270℃，流动温度1380～1430℃，粒度为-400目。其中，含钛高炉渣水淬渣中的二氧化钛主要以钙钛矿相形式存在(钙钛矿结晶能力很强，在1430℃以上已经结晶)，属于高温物相(熔点1980℃)，同样可以起到耐火组分作用，提高玻璃体熔体的粘度。
添加剂可以包括钠基膨润土、硼砂、氧化铝粉中的至少一种。其中，钠基膨润土添加量为占所述涂料基料的0～2％，硼砂添加量为占所述涂料基料的0～1％，氧化铝粉添加量为占所述涂料基料的0～5％。
涂料粘结剂可以包括酸性硅溶胶、碱性硅溶胶、钠基水玻璃、磷酸二氢铝中的一种。其中，磷酸二氢铝的浓度为20～35％；酸性硅溶胶的浓度为20～40％；碱性硅溶胶的浓度为20～40％；钠基水玻璃的浓度为20～40％，钠基水玻璃的模数>2.5。在本发明的一个实施例中，优先选用磷酸二氢铝作为涂料粘结剂。
在本发明的实施例中，涂料基料与涂料粘结剂的配比优选为8：5。
根据本发明的另一方面，提供一种重轨钢坯防脱碳涂料的制备方法100，如图1所示，方法100可以包括以下步骤：
S101，将涂料基料与涂料添加剂按配比混匀后，进行定量包装；
S103，将涂料粘结剂进行定量包装；以及
S105，将S101和S103的进行定量包装后的物料按照配比混匀成浆体，制得涂料。
在本发明的实施例中，S101可以包括分别将涂料基料和涂料添加剂研磨成超细粉磨，之后将两种超细粉磨按配比混合均匀，并且可以采用密封袋定量包装。
S103可以包括将涂料粘结剂采用塑料桶定量包装。
S105可以包括将S101和S103中的进行定量包装后的物料利用高速分散机混合均匀成浆体，从而制得本发明所述的涂料。
根据本发明的又一方面，提供一种重轨钢坯防脱碳涂料的应用方法200，如图2所示，方法200可以包括以下步骤：
S201，采用高压喷涂工艺将涂料均匀喷涂到钢坯表面，从而完成本发明所述的涂料的施加。其中，钢坯温度<150℃。
下面通过具体实施例来对本发明的上述技术方案进行详细地说明。
实施例1
参照图3所示出的流程步骤，涂料基料采用粒度为-400目的高钛型高炉渣碳化渣(玻璃体含量可以为85％，碳氮化钛含量11％，游离碳含量4％，软化温度为1240℃，半球温度1295℃，流动温度1465℃)，掺入2％粒度-400目的钠基膨润土和1％粒度-400目的硼砂(占涂料基料比例)，混匀后密封包装。涂料粘结剂采用磷酸二氢铝(浓度25％)，塑料桶包装。将以上两种包装的物料按照8:5的配比混匀(采用高速分散机)成浆体。采用高压喷涂工艺施工，将涂料均匀喷涂到重轨钢坯试样(150×100×20mm)表面(钢坯温度<150℃)，喷涂厚度约0.8mm。重轨钢坯试样在1250℃×5h条件下热处理后取出试样，冷却后测试试样烧损从3.5％降低到了0.6％，脱碳层厚度从0.45mm降低到0.18mm。
实施例2
参照图3所示出的流程步骤，涂料基料采用粒度为-400目的提钛尾渣(玻璃体含量90％，碳氮化钛含量2％，二氧化钛含量5％，游离碳含量3％；软化温度为1240℃，半球温度1285℃，流动温度1425℃)，掺入1％粒度-400目的钠基膨润土、0.5％粒度-400目的硼砂和5％粒度-400目的氧化铝粉(占涂料基料比例)，混匀后密封包装。涂料粘结剂采用酸性硅溶胶(浓度30％)，塑料桶包装。将以上两种包装的物料按照8:5的配比混匀(采用高速分散机)成浆体。采用高压喷涂工艺施工，将涂料均匀喷涂到重轨钢坯试样(150×100×20mm)表面(钢坯温度<150℃)，喷涂厚度约0.9mm。重轨钢坯试样在1250℃×5h条件下热处理后取出试样，冷却后测试试样烧损从3.5％降低到了1.2％，脱碳层厚度从0.45mm降低到0.30mm。
实施例3
参照图3所示出的流程步骤，涂料基料采用粒度为-400目的高钛型高炉渣水淬渣(玻璃体含量70％，二氧化钛含量30％；软化温度为1230℃，半球温度1265℃，流动温度1405℃)，掺入0.5％粒度-400目的钠基膨润土和3％粒度-400目的氧化铝粉(占涂料基料比例)，混匀后密封包装。涂料粘结剂采用碱性硅溶胶(浓度30％)，塑料桶包装。将以上两种包装的物料按照8:5的配比混匀(采用高速分散机)成浆体。采用高压喷涂工艺施工，将涂料均匀喷涂到重轨钢坯试样(150×100×20mm)表面(钢坯温度<150℃)，喷涂厚度约0.9mm。重轨钢坯试样在1250℃×5h条件下热处理后取出试样，冷却后测试试样烧损从3.5％降低到了0.9％，脱碳层厚度从0.45mm降低到0.28mm。
实施例4
参照图3所示出的流程步骤，涂料基料采用粒度为-400目的高钛型高炉渣碳化渣(玻璃体含量90％，碳氮化钛含量8％，游离碳含量2％，软化温度为1240℃，半球温度1295℃，流动温度1465℃)，掺入4％粒度-400目的氧化铝粉(占涂料基料比例)，混匀后密封包装。涂料粘结剂采用水玻璃(模数2.5，浓度30％)，塑料桶包装。将以上两种包装的物料按照8:5的配比混匀(采用高速分散机)成浆体。采用高压喷涂工艺施工，将涂料均匀喷涂到重轨钢坯试样(150×100×20mm)表面(钢坯温度<150℃)，喷涂厚度约0.8mm。重轨钢坯试样在1250℃×5h条件下热处理后取出试样，冷却后测试试样烧损从3.5％降低到了0.85％，脱碳层厚度从0.45mm降低到0.25mm。
根据本发明的涂料与目前现有的涂料相比，至少具有以下优点：
1)主要原料采用冶金废渣，原料价廉易得，成本低。
2)温度适配范围宽，1200～1450℃，满足绝大多数金属材料的热处理温度范围。
3)施工工艺简单，喷涂效果好。
4)产品稳定性好，不产生化学反应，沉降慢。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (8)
1. 一种重轨钢坯防脱碳涂料，其特征在于，包含涂料基料和涂料粘结剂，其中：所述涂料基料包括基于高钛型高炉渣的主要成分以及添加剂，并且所述基于高钛型高炉渣的主要成分包含高钛型高炉渣高温碳化后形成的碳化渣、高钛型高炉渣高温碳化渣提钛后的提钛尾渣以及高钛型高炉渣水淬处理后的水淬渣中的一种，其中，所述碳化渣包括以下组分：含量为79~92%的玻璃体，含量为7~20%的碳氮化钛，含量为1~5%的游离碳；所述提钛尾渣包括以下组分：含量为88~92%的玻璃体，含量为2~5%的碳氮化钛，含量为3~7%的二氧化钛，含量为3~5%的游离碳； 所述水淬渣包括以下组分：含量为68~80%的玻璃体，含量为20~32%的二氧化钛，所述碳化渣的软化温度为1200~1250℃，半球温度1270~1300℃，流动温度1450~1480℃，粒度为-400目；所述提钛尾渣的软化温度为1200~1240℃，半球温度1250~1290℃，流动温度1400~1450℃，粒度为-400目；所述水淬渣的软化温度为1190~1230℃，半球温度1240~1270℃，流动温度1380~1430℃，粒度为-400目。
2.根据权利要求1所述的重轨钢坯防脱碳涂料，其特征在于，所述添加剂包括钠基膨润土、硼砂、氧化铝粉中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的重轨钢坯防脱碳涂料，其特征在于，所述钠基膨润土添加量为占所述涂料基料的0~2%，硼砂添加量为占所述涂料基料的0~1%，氧化铝粉添加量为占所述涂料基料的0~5%。
4.根据权利要求1所述的重轨钢坯防脱碳涂料，其特征在于，所述涂料粘结剂包括酸性硅溶胶、碱性硅溶胶、钠基水玻璃、磷酸二氢铝中的一种。
5.根据权利要求4所述的重轨钢坯防脱碳涂料，其特征在于，所述磷酸二氢铝的浓度为20~35%；所述酸性硅溶胶的浓度为20~40%；所述碱性硅溶胶的浓度为20~40%；所述钠基水玻璃的浓度为20~40%。
6.根据权利要求1所述的重轨钢坯防脱碳涂料，其特征在于，所述涂料基料与涂料粘结剂的配比为8：5。
7.一种如权利要求1-6中任一项权利要求所述的重轨钢坯防脱碳涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将涂料基料与涂料添加剂按配比混匀后，进行定量包装；
将涂料粘结剂进行定量包装；以及
将以上两种定量包装后的物料按照配比混匀成浆体，制得涂料。
8.一种如权利要求1-6中任一项权利要求所述的重轨钢坯防脱碳涂料的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用高压喷涂工艺将所述涂料均匀喷涂到钢坯表面，其中，钢坯温度<150℃。
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