CN117700211A - 一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涂料技术领域，提出了一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，原料包括以下重量份的组分：镁砂30‑50份、氧化铝20‑30份、碳化钨10‑20份、粘结剂5‑10份、黏土5‑15份、硼玻璃5‑15份；粘结剂由质量比为3‑8:1:1的硅溶胶、苯丙乳液和醋酸锆混合而成。通过上述技术方案，解决了现有技术中的镁碳砖在钢包中应用时抗氧化性能较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体的，涉及一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料。
背景技术
镁碳砖作为一种复合耐火材料，常被砌筑于钢包的渣线等部位。砌筑好的钢包在盛装钢水前，须预先按照小火、中火和大火的顺序进行烘烤。一般烘烤温度高至1000℃左右，且整个烘烤过程中，时间短则20-30h，长则3-5天，这极易引起镁碳砖的氧化，导致镁碳砖出现较厚的氧化脱碳层，从而影响镁碳砖的使用寿命。
在镁碳砖表面涂覆一层抗氧化涂料是增强镁碳砖抗氧化能力的重要手段之一。然而，现有的抗氧化涂料对镁碳砖的抗氧化性能提升较低。因此，研发一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料具有重要意义。
发明内容
本发明提出一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，解决了相关技术中镁碳砖在钢包中应用时抗氧化性能较差的问题。
本发明的技术方案如下：
本发明提出一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，原料包括以下重量份的组分：镁砂30-50份、氧化铝20-30份、碳化钨10-20份、粘结剂5-10份、黏土5-15份、硼玻璃5-15份；
所述粘结剂由质量比为3-8:1:1的硅溶胶、苯丙乳液和醋酸锆混合而成。
作为进一步的技术方案，所述硅溶胶的粒径为≤30nm。
当硅溶胶的粒径≤30nm时，能增强抗氧化涂料的热稳定性，从而进一步降低镁碳砖的氧化脱碳层厚度。
作为进一步的技术方案，所述硅溶胶为阳离子硅溶胶。
当硅溶胶为阳离子硅溶胶时，有利于进一步提高抗氧化涂料与镁碳砖表面的粘合能力，从而进一步增强镁碳砖的抗氧化性能。
作为进一步的技术方案，所述碳化钨为锌掺杂碳化钨，所述锌掺杂碳化钨的制备方法为：将锌粉和碳化钨混合均匀，真空烧结，冷却，破碎粉磨，得到所述锌掺杂碳化钨。
作为进一步的技术方案，所述锌粉与碳化钨的质量比为1:9-3:7。
当锌粉与碳化钨的质量比为1:9-3:7时，能进一步提高镁碳砖的抗氧化性能。
作为进一步的技术方案，所述真空烧结时，温度为550-600℃，时间为2-3h。
作为进一步的技术方案，所述锌掺杂碳化钨的粒径为45-53μm。
作为进一步的技术方案，所述镁砂、氧化铝和碳化钨的粒径各自独立地为45-75μm。
作为进一步的技术方案，所述镁砂的粒径为63-75μm；和/或
所述氧化铝的粒径为53-63μm；和/或
所述碳化钨的粒径为45-53μm。
作为进一步的技术方案，所述黏土为广西白泥、蒙脱土、膨润土中的一种或多种。
黏土的加入，有利于提高抗氧化涂料的致密度，从而进一步提高镁碳砖的抗氧化性能。
本发明还提出所述钢包镁碳砖用抗氧化涂料的制备方法，包括以下步骤：将各原料混合均匀，得到抗氧化涂料。
本发明还提出所述抗氧化涂料在钢包镁碳砖抗氧化中的应用。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，基于镁碳砖的成分特点以及使用环境对抗氧化涂料进行了设计，其中：
（1）镁砂和氧化铝的选用，有利于抗氧化涂料与镁碳砖在高温下紧密结合形成致密的保护层，阻止氧的扩散，从而降低镁碳砖的氧化脱碳层厚度；
（2）碳化钨可在高温下与氧发生氧化反应，降低镁碳砖表面的氧分压，阻碍氧向镁碳砖内部扩散，增强镁碳砖的抗氧化性能，降低镁碳砖的氧化脱碳层厚度；
（3）以质量比为3-8:1:1的硅溶胶、苯丙乳液和醋酸锆的混合物作为粘结剂，通过三者的协同作用，可增强抗氧化涂料与镁碳砖的粘结效果，使抗氧化涂料紧密地涂覆于镁碳砖表面，从而增强镁碳砖的抗氧化性能，此外，硅溶胶中的二氧化硅可堵住镁碳砖表面的气孔阻止氧的扩散，苯丙乳液既可提高粘结剂的粘度又可防止抗氧化涂料出现龟裂，醋酸锆在提高粘结性能的同时还可促进镁元素形成致密的氧化镁保护膜，降低镁碳砖的氧化脱碳层厚度。
2、本发明中，通过在碳化钨中掺杂锌，一方面可进一步降低镁碳砖表面的氧分压，另一方面可促使氧化物在抗氧化涂料中形核，形成连续致密的氧化物保护膜，从而进一步提高镁碳砖的抗氧化性能，进一步降低镁碳砖的氧化脱碳层厚度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
下述实施例和对比例中，如无特殊说明，镁砂购自营口仁星镁业有限公司，粒径为75μm；氧化铝购自河北艾米内特化工科技有限公司，粒径为53μm；碳化钨购自河北硼赛金属材料有限公司，粒径为45μm；苯丙乳液购自武汉吉业升化工有限公司，牌号为JYS15415；醋酸锆购自湖北兴恒业科技有限公司，粒径为45μm；锌粉购自北京十月新材科技有限公司，粒径为48μm；广西白泥购自广西南宁金品王矿业有限公司，粒径为53μm；硼玻璃购自郑州龙祥陶瓷有限公司，粒径为45μm。
实施例1
一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料的制备方法，包括以下步骤：按重量份计，将30份镁砂、20份氧化铝、10份碳化钨、5份粘结剂、5份广西白泥、5份硼玻璃超声混合均匀，得到抗氧化涂料；
其中，粘结剂由质量比为3:1:1的硅溶胶（购自浙江德立信微纳科技有限公司，型号为NS60-30/1，粒径为60nm）、苯丙乳液和醋酸锆混合而成。
实施例2
一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料的制备方法，包括以下步骤：按重量份计，将50份镁砂、30份氧化铝、20份碳化钨、10份粘结剂、15份广西白泥、15份硼玻璃超声混合均匀，得到抗氧化涂料；
其中，粘结剂由质量比为8:1:1的硅溶胶（购自浙江德立信微纳科技有限公司，型号为NS60-30/1，粒径为60nm）、苯丙乳液和醋酸锆混合而成。
实施例3
一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料的制备方法，包括以下步骤：按重量份计，将50份镁砂、30份氧化铝、20份碳化钨、10份粘结剂、15份广西白泥、15份硼玻璃超声混合均匀，得到抗氧化涂料；
其中，粘结剂由质量比为8:1:1的硅溶胶（购自浙江德立信微纳科技有限公司，型号为NS30-30/1，粒径为30nm）、苯丙乳液和醋酸锆混合而成。
实施例4
一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料的制备方法，包括以下步骤：按重量份计，将50份镁砂、30份氧化铝、20份碳化钨、10份粘结剂、15份广西白泥、15份硼玻璃超声混合均匀，得到抗氧化涂料；
其中，粘结剂由质量比为8:1:1的阳离子硅溶胶（购自浙江德立信微纳科技有限公司，型号为P30-30/1，粒径为30nm）、苯丙乳液和醋酸锆混合而成。
实施例5
本实施例与实施例4的区别仅在于，本实施例中，碳化钨为锌掺杂碳化钨，锌掺杂碳化钨的制备方法为：将1份锌粉和19份碳化钨混合均匀，于575℃下真空烧结1.5h，冷却，破碎粉磨，得到粒径为45μm的锌掺杂碳化钨。
实施例6
本实施例与实施例4的区别仅在于，本实施例中，碳化钨为锌掺杂碳化钨，锌掺杂碳化钨的制备方法为：将10份锌粉和10份碳化钨混合均匀，于575℃下真空烧结1.5h，冷却，破碎粉磨，得到粒径为45μm的锌掺杂碳化钨。
实施例7
本实施例与实施例4的区别仅在于，本实施例中，碳化钨为锌掺杂碳化钨，锌掺杂碳化钨的制备方法为：将2份锌粉和18份碳化钨混合均匀，于575℃下真空烧结1.5h，冷却，破碎粉磨，得到粒径为45μm的锌掺杂碳化钨。
实施例8
本实施例与实施例4的区别仅在于，本实施例中，碳化钨为锌掺杂碳化钨，锌掺杂碳化钨的制备方法为：将6份锌粉和14份碳化钨混合均匀，于575℃下真空烧结1.5h，冷却，破碎粉磨，得到粒径为45μm的锌掺杂碳化钨。
对比例1
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中，未加入硅溶胶和醋酸锆，加入的苯丙乳液的重量份数为5份。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中，未加入苯丙乳液和醋酸锆，加入的硅溶胶的重量份数为5份。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中，未加入醋酸锆，加入的硅溶胶的重量份数为3.75份，加入的苯丙乳液的重量份数为1.25份。
对比例4
本对比例与实施例1的区别仅在于，本对比例中，未加入碳化钨。
将12块镁碳砖（来自唐山市曹妃甸区节能耐火材料有限公司，镁碳砖中氧化镁的质量分数≥85%，碳的质量分数≥5%）依次标号为1-12，将实施例1-8和对比例1-4制备得到的抗氧化涂料按标号顺序分别依次均匀涂覆到各镁碳砖表面，分别形成1mm厚的涂覆层，将涂覆后的镁碳砖置于加热炉内，在空气气氛中（气流量为4L/min），以5℃/min的加热速率加热至1400℃，保温2h后，自然冷却至室温，取样，除掉各镁碳砖表面的涂覆层，利用金相显微镜测量各镁碳砖的氧化脱碳层厚度，测量结果如下表1所示。
表1氧化脱碳层厚度的测量结果
实施例1与对比例1-3对比表明，硅溶胶、苯丙乳液和醋酸锆的三者协同，可明显降低镁碳砖的氧化脱碳层厚度，提高镁碳砖的抗氧化能力。实施例1与对比例4对比表明，碳化钨的加入，有益于提高镁碳砖的抗氧化能力。
实施例2与实施例3对比表明，当硅溶胶的粒径≤30nm时，可进一步降低镁碳砖的氧化脱碳层厚度。实施例3与实施例4对比表明，当硅溶胶为阳离子硅溶胶时，有助于进一步提高镁碳砖的抗氧化能力。
实施例4和实施例5-8对比表明，通过在碳化钨中掺杂锌，可进一步降低镁碳砖的氧化脱碳层厚度。实施例7-8与实施例5-6对比表明，锌粉与碳化钨的最佳质量比为1:9-3:7。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)
1.一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，其特征在于，原料包括以下重量份的组分：镁砂30-50份、氧化铝20-30份、碳化钨10-20份、粘结剂5-10份、黏土5-15份、硼玻璃5-15份；
所述粘结剂由质量比为3-8:1:1的硅溶胶、苯丙乳液和醋酸锆混合而成。
2.根据权利要求1所述的一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，其特征在于，所述硅溶胶的粒径为≤30nm。
3.根据权利要求2所述的一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，其特征在于，所述硅溶胶为阳离子硅溶胶。
4.根据权利要求1所述的一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，其特征在于，所述碳化钨为锌掺杂碳化钨，所述锌掺杂碳化钨的制备方法为：将锌粉和碳化钨混合均匀，真空烧结，冷却，破碎粉磨，得到所述锌掺杂碳化钨。
5.根据权利要求4所述的一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，其特征在于，所述锌粉与碳化钨的质量比为1:9-3:7。
6. 根据权利要求1所述的一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，其特征在于，所述镁砂、氧化铝和碳化钨的粒径各自独立地为45-75μm。
7. 根据权利要求6所述的一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，其特征在于，所述镁砂的粒径为63-75μm；和/或
所述氧化铝的粒径为53-63μm；和/或
所述碳化钨的粒径为45-53μm。
8.根据权利要求1所述的一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料，其特征在于，所述黏土为广西白泥、蒙脱土、膨润土中的一种或多种。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的钢包镁碳砖用抗氧化涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各原料混合均匀，得到抗氧化涂料。
10.根据权利要求1-8任意一项所述的一种钢包镁碳砖用抗氧化涂料或权利要求9所述制备方法得到的抗氧化涂料在钢包镁碳砖抗氧化中的应用。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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